DE19518461C1

DE19518461C1 - Unterwasser-Schleppantenne

Info

Publication number: DE19518461C1
Application number: DE1995118461
Authority: DE
Inventors: Egidius Dipl Ing Arens
Original assignee: STN Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2015-05-20
Also published as: FR2734443B1; FR2734443A1; GB9608551D0; GB2300917B; NO961972L; NO961972D0; NO314820B1; GB2300917A

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterwasser-Schleppantenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Unterwasser-Schleppantennen finden als Empfänger für Unterwasserschall Anwendung. Der den akustischen Teil bildende Schleppstrang, der in gleichartig aufgebaute, aneinander angekuppelte Sektionen unterteilt ist, kann eine beträchtliche Länge haben und wird üblicherweise von einem Schiff mittels eines Schlepptaus durch das Wasser gezogen und bei Nichtgebrauch auf eine bordfeste Trommel aufgewickelt. Solche Schleppantennen haben ein erhebliches Gewicht und erfordern schiffsseitig im ausgelegten Zustand eine große Schleppkraft und bei der Mitführung an Bord voluminöse und schwergewichtige Kabeltrommeln. Das Volumen und Gewicht des Schleppstrangs nimmt quadratisch mit seinem Durchmesser zu. Die Wirksamkeit einer derartigen Unterwasser-Schleppantenne wird vielfach durch Störgeräusche beeinträchtigt, welche die Nutzsignale teilweise überdecken. Solche Störsignale können innerhalb der elektroakustischen Wandler (Hydrophone) und dazugehörigen elektrischen und elektronischen Schaltungsteile entstehen. Andere Störquellen ergeben sich durch Vibration der Bauelemente innerhalb des Schleppstrangs, durch mechanische Übertragung von Bewegungen des Schleppstrangs oder des Schlepptaus, ferner durch die unmittelbare Übertragung von durch Turbulenzen des den Schleppstrang umgebenden Wassers hervorgerufenen Druckwellen in der Flüssigkeitsfüllung, wenn der Schleppstrang - wie üblich - zur Sicherstellung eines ausreichenden Auftriebs mit einer Flüssigkeit, wie Öl, gefüllt ist, und durch die Erzeugung von Füllflüssigkeitsgeschwindigkeiten durch die inneren Bauteile des Schleppstrangs. Der Geräuschpegel hängt aufgrund der letztgenannten Ursachen unmittelbar mit dem Aufbau des Schleppstrangs und der Zuggeschwindigkeit zusammen, der mit zunehmender Zuggeschwindigkeit anwächst.

Bei einer bekannten Unterwasser-Schleppantenne der eingangs genannten Art (DE 29 41 028 A1) ist zur Sicherstellung einer hohen Signalempfindlichkeit der Schleppantenne und geringen Beeinflußbarkeit durch Störungen im Innern der Hülle mindestens ein nachgiebiges Rohr vorgesehen, das mittels mehrerer im Abstand voneinander angeordneter nachgiebiger Abstandshalter, die sich an der Hülle abstützen, konzentrisch gelagert ist. Innerhalb des Rohrs sind axial gegenüber den Abstandshaltern versetzt nachgiebige Abstützungen vorgesehen, welche jeweils ein Hydrophon aufnehmen. Dieser konstruktive Aufbau des Schleppstrangs führt zu einer zweistufigen mechanischen Entkopplung zwischen den Hydrophonen einerseits und der Hülle des Schleppstrangs andererseits, so daß sich die Turbulenzen im Wasser und die Füllflüssigkeitsgeschwindigkeiten im Schleppstrang weniger störend an den Hydrophonen bemerkbar machen.

Ein solcher Schleppstrang hat jedoch einen relativ großen Durchmesser, der die Länge der Schleppantenne begrenzt, will man beim Einziehen der Schleppantenne diese noch mit einem akzeptablen Lagervolumen auftrommeln. Darüber hinaus nehmen die vom Schleppstrang erzeugten Störgeräusche mit anwachsendem Durchmesser zu, so daß ein Teil der Bemühungen zur Störungsbedämpfung durch die Dicke des Schleppstrangs wieder zunichte gemacht wird.

Bei einer ebenfalls bekannten Unterwasser-Schleppantenne (WO 93/17356 A1) sind mehrere im Längsabstand voneinander angeordnete Hydrophone in einem zylinderförmigen, endseitig geschlossenen Gehäuse mittig angeordnet, das mit einem die Hydrophone unmittelbar einschließenden Gel vollständig gefüllt ist. Das Gel hat dämpfende Eigenschaften und bewirkt eine Geräuschdämpfung am Hydrophon. Das Gehäuse ist zentral im Innern einer schlauchförmigen Außenhülle angeordnet, mit einem Füllstoff aus Polypropylen umgeben und mittels einer Litze positioniert. Die Litze ist von einer Gelschicht umgeben, die ihrerseits von einer Papierhülle umschlossen ist. Zugstränge aus Kevlar sind zwischen der Papierhülle und einer Innenhülle angeordnet, die aus thermoplastischem Gummi besteht und von der Außenhülle, die aus Polyurethan gefertigt ist, umschlossen ist. Auch dieser Aufbau der Schleppantenne führt zu einem Schleppstrang mit großem Durchmesser, Volumen und Gewicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterwasser-Schleppantenne der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei guten akustischen Eigenschaften einen sehr kleinen Durchmesser aufweist und damit ein nur geringes Volumen und Gewicht besitzt.

Die Aufgabe ist bei einer Unterwasser-Schleppantenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Unterwasser-Schleppantenne hat den Vorteil, daß die Größe des Schleppstrangdurchmessers ausschließlich von dem Durchmesser der verwendeten Hydrophone bestimmt wird und zusätzlicher radialer Bauraum für Abstandshalter, Schaumstoffrohr und sonstige Dämpfungselemente eingespart werden kann. Die Zugkräfte beim Schleppen werden von der Hülle aus Polyethylen (PE) aufgenommen, so daß auch die üblichen Zugstränge im Schleppstranginnern entfallen. Die Fixierung der Hydrophone, ggf. mit jeweils zugeordnetem Vorverstärker, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung erfolgt durch das nach Einfüllung in die Hülle abbindende Gel. Lediglich für den Fertigungsprozeß sind Maßnahmen zu treffen, die eine Zentrierung und eine Abstandsfestlegung der Hydrophone innerhalb der Hülle der Schleppstrang-Sektion sicherstellen bis das Gel eingefüllt ist und abgebunden hat. Der Durchmesser des Schleppstrangs kann damit gegenüber herkömmlichen Schleppantennen stark reduziert werden und beträgt beispielsweise nur noch 2,5 cm. Dieser geringe Schleppstrangdurchmesser ermöglicht einerseits eine sehr große Länge der Schleppantenne, was sich auf deren Richtungsempfindlichkeit vorteilhaft auswirkt, und andererseits ein bequemes und schnelles Aufwickeln der Schleppantenne vom Schleppfahrzeug aus, wobei zur Unterbringung der Schleppantenne an Bord relativ wenig Lagerraum benötigt wird. Die Schleppantenne mit dem durchmesserkleinen Schleppstrang ist leichtgewichtig und gut zu handhaben, was die Bereitschaft des Bedienungspersonals für eine höhere Ein- und Ausbringfrequenz der Unterwasser-Schleppantenne erhöht und ihren Einsatz auf kleineren Schiffen, wie Korvetten und U-Booten, ermöglicht. Die erfindungsgemäß festgelegte spezifische Dichte der PE-Hülle und des Gels ermöglicht den Verzicht auf eine Ölfüllung zur Sicherstellung eines das Schleppstranggewicht kompensierenden Auftriebs, was die Schleppantenne umweltfreundlich macht, da bei Beschädigungen des Schleppstrangs kein Öl ausfließen kann.

PE-Hülle und Gel können umweltverträglich entsorgt werden und stellen keinen Sondermüll dar.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Unterwasser-Schleppantenne mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hülle einen Elastizitätsmodul von ungefährt 100 N/mm² und das Gel einen Elastizitätsmodul von 3 bis 5 N/mm² auf. Das Gel ist wasserabweisend und in seiner Verarbeitungsform dünnflüssig und bindet nach Einfüllen in die Hülle zu einem gelartigen Vulkanisat ab. Bevorzugt wird dabei als Gel der von der Firma Wacker unter dem Produktnamen SilGel 612 vertriebenen 2-Komponenten-Silikonkautschuk verwendet, der eine hohe Fließfähigkeit, extrem niedrige Vulkanisathärte und eine ausgeprägte Eigenklebrigkeit aufweist. Durch entsprechende Dosierung der beiden Komponenten wird die Mischung so eingestellt, daß das abgebundene Vulkanisat die gewünschte Weichheit besitzt.

Aus fertigungstechnischen Gründen kann der Schleppstrang nur in Teilabschnitten mit einer bestimmten Länge gefertigt werden, die wesentlich kleiner ist als die gewünschte Länge des gesamten Schleppstrangs. Letzterer wird daher durch Aneinandersetzen einer Vielzahl von sog. Schleppstrang-Sektionen gebildet. Dabei werden gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Enden der Polyethylen-Hüllen aufeinanderfolgender Schleppstrang-Sektionen ineinandergesteckt und miteinander verschweißt. Die Strom- und Signalleitungen aus Kupfer oder Lichtleitfasern werden an den Verbindungsstellen beispielsweise durch Verspleißen miteinander verbunden.

Um beim Herstellungsprozeß der Schleppstrang-Sektionen die Hydrophone sehr gleichmäßig verteilt im Innern der Hülle mittig auszurichten, werden diese mittels eines groben Nylonnetzes mit wenigen elastischen Längsfäden fixiert und das so gebildete Elementskelett mit dem noch flüssigen Gel in die Hülle eingeschwemmt. Dabei kann die Hülle während des Abbindens des Gels rotieren, um das Elementskelett in Schlauchmitte zu fixieren. Die Mittigkeit des Elementskeletts kann ggf. auch durch weiche, dünne Borsten am Skelett sichergestellt werden, mit denen sich das Skelett an der Hülleninnenwand abstützt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hülle der in Reihenfolge letzten Schleppstrang-Sektion einen Endabschnitt mit einer extrem großen Oberflächenrauhigkeit auf. Diese Oberflächenrauhigkeit wird bevorzugt durch über den Umfang der Hülle, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, angeordnete Längsfalten erzielt, die am Hüllenende nach außen ausgestellt sind und beispielsweise dadurch erzielt werden, daß zwei in Umfangsrichtung benachbarte Hüllenabschnitte so zusammengequetscht werden, daß ihre Innenfläche in Radialrichtung sich erstreckend aneinanderliegen. Durch diese Ausbildung der letzten Schleppstrang-Sektion wird die Unterwasser-Schleppantenne beim Schleppvorgang straff gezogen und ein Pendeln bzw. Schlängeln der Schleppantenne um ihre Längsachse auf ein Mindestmaß reduziert. Dadurch werden die von der Antenne erzeugten Strömungsgeräusche beträchtlich vermindert und auch die von dem Schleppfahrzeug auf zubringende Schleppkraft reduziert.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insgesamt eine Unterwasser-Schleppantenne erhalten, die bei einer Schleppgeschwindigkeit von 20 kn, Seegang 3 und bei einer Empfangsfrequenz von etwa 10 Hz noch ausreichend gute Empfangsergebnisse liefert.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer im Seebetrieb von einem Überwasserschiff geschleppten Unterwasser-Schleppantenne mit Schleppkabel und Schleppstrang,

Fig. 2 ausschnittsweise einen Längsschnitt des Schleppstrangs der Schleppantenne in Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt des Schleppstrangs im Bereich zweier aneinandergesetzter Schleppstrang-Sektionen, im Längsschnitt,

Fig. 4 ausschnittsweise eine Seitenansicht der im Schleppstrang letzten Schleppstrang-Sektion,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4, vergrößert dargestellt.

Die in Fig. 1 schematisch in Seitenansicht zu sehende Unterwasser-Schleppantenne 10 besteht aus einem Schleppstrang 10 und einem Schlepptau oder Schleppkabel 11 sowie aus einem zwischen Schleppkabel 11 und Schleppstrang 10 angeordneten sog. VIM (Vibration Isolation Modul) 12. Der VIM 12 verbindet den Schleppstrang 10 mit dem Schleppkabel 11, und das Schleppkabel 11 ist an einem Schleppfahrzeug 13 befestigt, das hier als Überwasser- oder Oberflächenschiff dargestellt ist, aber auch ein U-Boot sein kann. Das Schleppkabel 11 ist bordseitig an einer Aufwickeltrommel 14 befestigt, auf welcher zum Einziehen der Schleppantenne Schleppkabel 11 und Schleppstrang 10 aufgewickelt werden. Der aus einer Vielzahl von Strangabschnitten bzw. Sektionen 101 zusammengesetzte Schleppstrang 10 bildet den akustischen Teil der Schleppantenne und enthält - wie im einzelnen noch dargelegt wird - Hydrophone 15. Alle Sektionen 101 des Schleppstrangs 10 sind identisch aufgebaut mit Ausnahme der in der Reihenfolge letzten Sektion 101′, die endseitig modifiziert ist.

In Fig. 2 ist ausschnittweise eine Sektion 101 des Schleppstrangs 10 im Längsschnitt dargestellt. In einer elastischen, schlauchförmigen Hülle 16 aus Polyethylen (PE) sind eine Vielzahl von Hydrophonen 15 aufgenommen. Die Hydrophone 15 sind im Hülleninnern mittig angeordnet und weisen einen gleichen Längsabstand voneinander auf. Die Hydrophone 15, denen noch Vorverstärker und Analog/Digital-Wandler unmittelbar zugeordnet sein können, sind durch elektrische Leitungen 17 aus Kupfer oder Lichtleitfasern zur Stromversorgung und Signalleitung miteinander verbunden. Die Hydrophone 15 sind durch ein Gel 18, das die Hydrophone 15 unmittelbar einschließt und das Innere der Hülle 16 vollständig ausfüllt, fest positioniert. Die Gelfüllung ist in Fig. 2 durch Punktierung angedeutet. Als Gel 18 wird ein dünnflüssiger, bei Raumtemperatur vulkanisierender 2-Komponenten-Silikonkautschuk verwendet, der unter der Handelsbezeichnung SilGel 612 von der Firma Wacker angeboten wird. Die beiden Komponenten dieses Silikonkautschuks sind dünnflüssig mit hoher Fließfähigkeit und vulkanisieren bei Raumtemperatur zu einem gelartigen Vulkanisat aus, dessen Weichheit bzw. Härte durch das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten eingestellt werden kann. Das Gel 18 ist relativ weich eingestellt, was beispielsweise mit einem Mischungsverhältnis der beiden Komponenten von 1 : 1 oder 0,8 : 1 erreicht werden kann. Das abgebundene Gel 18 behält seine Endkonsistenz bei, hat eine spezifische Dichte von 0,97 g/cm³ und ist stark vibrationsdämpfend. Die Hülle 16 aus Polyethylen hat eine ähnliche spezifische Dichte von kleiner 1 g/cm³ und wird vorzugsweise zu 0,96 g/cm³ gewählt, um zusammen mit dem Gel 18 einen das Gewicht der Hydrophone 15 und der Leitungen 17 kompensierenden Auftrieb zu erhalten.

Zur Herstellung einer Sektion 101 des Schleppstrangs 10 werden die der Sektion 101 zugeordneten Hydrophone 15 in einem sehr groben, hier nicht dargestellten Nylonnetz mit wenigen, relativ elastischen Längsfäden im genauen Längsabstand zueinander fixiert. Dieses dadurch entstehende sog. Elementskelett wird zusammen mit dem noch flüssigen Gel 18 in die Hülle 16 eingeschwommen, wobei Maßnahmen getroffen werden, daß die Hydrophone 15 während des Abbindens des Gels 18 mittig in die Hülle 16 fixiert sind. Solche Maßnahmen können beispielsweise darin bestehen, daß die Hülle 16 während des Abbindens des Gels 18 rotiert, so daß das Skelett sich mittig ausrichtet, oder daß an dem Skelett weiche dünne Borsten angeordnet sind, die sich an der Hülleninnenwand abstützen und dadurch die Mittigkeit der Hydrophone 15 sicherstellen.

Wie im Längsschnitt der Fig. 3 skizziert ist, erfolgt das Zusammensetzen des Schleppstrangs 10 aus den einzelnen Sektionen 101 dadurch, daß die Enden der Hüllen 16 benachbarter Sektionen 101 ineinandergesteckt und miteinander verschweißt werden. Zuvor werden an den Verbindungsstellen die elektrischen Leitungen 17 der Hydrophone 15 in den beiden Sektionen 101 miteinander verbunden, was beispielsweise durch Verspleißen erfolgt. Die Verbindungsstellen der elektrischen Leitungen 17 sind in Fig. 3 mit 19 gekennzeichnet.

Zur weitgehend gestreckten Ausrichtung des Schleppstrangs 10 und Unterdrückung von Schlängelbewegungen des Schleppstrangs 10 während der Schleppfahrt weist die Hülle 16 der in der Reihenfolge letzten Sektion 101′ des Schleppstrangs 10 einen Endabschnitt extrem großer Oberflächenrauhigkeit auf, der für Verwirbelung des den Endabschnitt anströmenden Wassers sorgt. Hierzu sind an diesem Endabschnitt über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Längsfalten 20 ausgeformt, die durch Zusammenkneifen zweier in Umfangsrichtung benachbarter Hüllenabschnitte in der Weise erzielt werden, daß die Innenflächen dieser Hüllenabschnitte 161, 162 bzw. 162, 163 bzw. 163, 164 bzw. 164, 161 in Radialrichtung sich erstreckend aneinanderliegen. Dadurch verjüngt sich der Endabschnitt der letzten Sektion 101′ des Schleppstrangs 10 zum freien Ende hin, wo diese Falten 20 am stärksten ausgeprägt sind und von da aus allmählich in den Hüllenabschnitt mit glatter Oberfläche übergehen.

Claims

1. Unterwasser-Schleppantenne mit einem aus mehreren Sektionen (101) zusammengesetzten Schleppstrang (10), die jeweils eine elastische, schlauchförmige Hülle (16) und eine Vielzahl von darin mittig im festen Längsabstand voneinander angeordneten Hydrophonen (15) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (16) aus Polyethylen mit einer spezifischen Dichte von kleiner 1 g/cm³, vorzugsweise 0,96 g/cm³, besteht und vollständig mit einem die Hydrophone (15) unmittelbar einschließenden, weichen Gel (18) ausgefüllt ist, dessen spezifische Dichte kleiner als 1 g/cm³, vorzugsweise 0,97 g/cm³ ist.

2. Schleppantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (16) einen Elastizitätsmodul von ungefährt 100 N/mm² und das Gel (18) einen Elastizitätsmodul von 3 bis 5 N/mm² aufweist.

3. Schleppantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel (18) wasserabweisend ist.

4. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel (18) in seiner Verarbeitungsform dünnflüssig ist und nach Einfüllen in die Hülle (16) zur gewünschten Endkonsistenz abbinder.

5. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im mit Gel (18) ausgefüllten Innern der Hülle (16) Leitungen (17) zur Signalleitung und Stromversorgung verlaufen.

6. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Müllenden aufeinanderfolgender Sektionen (101) im Schleppstrang (10) ineinandergesteckt und miteinander verschweißt sind.

7. Schleppantenne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (17) in aufeinanderfolgenden Sektionen (101) des Schleppstrangs (10) durch Verspleißen miteinander verbunden sind.

8. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Schleppstrang-Sektion (101) die Hydrophone (15) mittels eines groben Nylonnetzes mit wenigen elastischen Längsfäden fixiert sind und mit diesen ein Skelett ergeben und daß das Skelett mit dem noch dünnflüssigen Gel in die Hülle (16) eingeschwemmt wird.

9. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (16) der in Reihenfolge letzten Sektion (101′) des Schleppstrangs (10) einen Endabschnitt mit einer extrem großen Oberflächenrauhigkeit aufweist.

10. Schleppantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit durch vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneter Längsfalten (20) in der Hülle (16) erzielt wird, die am Hüllenende radial nach außen ausgestellt sind.

11. Schleppantenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsfalten (20) dadurch gebildet sind, daß am Hüllenende jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Hüllenabschnitte (161 bis 164) so zusammengequetscht sind, daß ihre Innenflächen in Radialrichtung sich erstreckend aneinanderliegen.