DE19704587A1

DE19704587A1 - Notanblasvorrichtung für Unterwasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE19704587A1
Application number: DE1997104587
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl Ing Grose; Robert H Prof Dr-Ing Schmucker
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus DS GmbH
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: DE19704587C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Notanblasvorrichtung für Un terwasserfahrzeuge mit mindestens einem Gasgenerator, in dem durch chemische Reaktion und/oder Zersetzung eines Energieträgers ein Gas erzeugt wird, und mit zumindest einer zum Wasseraustrieb mit dem erzeugten Gas füllbaren Tauchzelle.

Die Schwimmfähigkeit von Unterwasserfahrzeugen beruht vor wiegend auf ihrem Auftrieb, der durch das in Tauchzellen eingeschlossene Luftvolumen bereitgestellt wird. Die Opti mierung des Unterwasserfahrzeuges auf den Unterwasserein satz erfordert es, daß die Tauchzellen aus Widerstands gründen möglichst klein gestaltet werden, wobei sich ein Tauchzellenvolumen von 10 bis 15% des Volumens der Was serfahrzeugverdrängung als zweckmäßig erwiesen hat.

Der Auftrieb kann durch Fluten der Tauchzellen mit Wasser beseitigt werden, damit das Unterwasserfahrzeug taucht, während das Ausblasen des in den Tauchzellen befindlichen Wassers den Zweck hat, das Unterwasserfahrzeug nach Been digung der Tauchfahrt an die Wasseroberfläche zu bringen und schwimmfähig zu halten. In Notfällen wird das Ausbla sen jedoch auch zum Ausgleichen eines Untertriebs angewen det, der durch technische Pannen oder äußere Einwirkungen hervorgerufen werden und sich in untergangsbedrohender Weise auswirken kann. Bei Unfällen, die zu Wassereinbrü chen führen, sind U-Boote aufgrund des auf ihren Bootskör per lastenden Tiefendrucks und der zugebauten Bootswände im Inneren besonders vom Untergang bedroht, was eine Ret tung der Besatzung aus einem sinkenden U-Boot sehr proble matisch gestaltet.

Es besteht daher ein Bedarf, das Auftriebsvermögen der Tauchzellen im Notfall, selbst aus großer Tauchtiefe, mit Sicherheit in wenigen Sekunden unabhängig vom Druckluft vorrat gut überwachen zu können, so daß Unterwasserfahr zeuge trotz eines bedrohlich großen Wassereinbruches an die Wasseroberfläche gebracht werden können und die Besat zung aussteigen kann, bevor es zu einem Sinken des Unter wasserfahrzeuges kommt, wodurch das Risiko der Besatzung minimiert wird.

Bisher wurde in Notanblasvorrichtungen zumeist eine kata lytische Zersetzung von Hydrazin für die Gaserzeugung aus genutzt. So offenbaren, beispielsweise, die DE 23 24 709 C2 und DE 33 20 159 C2, jeweils eine gattungsgemäße Notan blasvorrichtung, bei der der Energieträger flüssiges Hy drazin oder Hydrazinderivate umfaßt, das bzw. die sich in Wärme und unter Einfluß von Metallkatalysatoren zersetzt bzw. zersetzen. Die Verwendung von Hydrazin führt jedoch dazu, daß die bekannte Notanblasvorrichtung an sich keine Beschußsicherheit aufweist, nicht umweltverträglich ist, nicht kostengünstig ist, wobei zudem das erzeugte Gas ex plosions- bzw. detonationsfähig mit Luft, nicht inert, giftig, korrosiv und sehr heiß ist sowie weder eine Parti kelfreiheit noch wenig kondensierbare Anteile aufweist.

Aus der DE 43 38 340 A1 ist eine Vorrichtung zur Auf triebserzeugung im Bereich von Unterwasserfahrzeugen be kannt, bei der Gaserzeugung auf der Verbrennung eines Am moniak-Sauerstoff-Gemisches beruht, wobei Ammoniak nach teiligerweise ätzend ist.

Zum Gewinnen von Antriebsenergie, insbesondere zum Betrei ben einer Turbine eines Unterwasserfahrzeuges, ist lange das sogenannte Walter-Verfahren ausgenutzt worden, wie, beispielsweise, in "Das Walter-Verfahren, ein Verfahren zur Gewinnung von Antriebsenergie", von E. Kruska, in VDI- Z., Band 97, 1955, Nr. 9, Seiten 271-277, beschrieben. Das Walter-Verfahren beruht dabei im wesentlichen auf der Ver wendung von Wasserstoffsuperoxid als Sauerstoff- und Ener gieträger, der durch Zersetzung mittels eines Katalysators ein hochtemperiertes Sauerstoff-Dampf-Gemisch liefert, wobei beim Verbrennen eines Brennstoffes mit dem freige wordenen Sauerstoff die Temperatur des Gasgemisches auf etwa 2000°C erhöhbar ist. Als Katalysator wird bei diesem Verfahren vorzugsweise Kalziumpermanganat oder Natrium permanganat verwendet, und als selbstzündender Brennstoff eignet sich insbesondere Hydrazinhydrat. Nachteiligerweise ist Wasserstoffsuperoxid ätzend, und Hydrazinhydrat weist die oben aufgeführten Nachteile auf.

Hydrazin und/oder Hydrazinderivate eignen sich genauso wie Wasserstoffperoxid im Rahmen einer katalytischen Zerset zung in einem exothermen Prozeß grundsätzlich zur Erzeu gung eines inerten Gasgemisches, wie, beispielsweise, der DE 27 09 733 A1 zu entnehmen ist.

Es ist ferner bekannt, zum Erzeugen und Ausblasen eines Gases Zündeinrichtungen, insbesondere mit selbstreagieren den Zündladungen, wie, beispielsweise, in DE 23 62 513 offenbart, zu verwenden.

Auch ist aus der Raketentechnik seit Jahren eine Hybrid treibstofftechnologie bekannt, gemäß der in einen perfo rierten, festen Reaktionskörper, der nicht die Fähigkeit zur eigenständigen Reaktion besitzt, ein gasförmiges oder flüssiges Oxidationsmittel eingespritzt wird, das ober flächlich mit dem Reaktionskörper zur Reaktion kommt. Der Mechanismus des Wärmeübergangs von der Reaktionszone auf die Oberfläche des Reaktionskörpers ist sehr stabil und unempfindlich. Der Hybridantrieb ist außerdem mit einer großen Vielfalt an Treibstoffen durchführbar.

Distickstoffoxid (Lachgas) ist bei Raumtemperatur und Nor maldruck gasförmige sowie leicht unter Druck verflüssig bar. Als Oxidationsmittel fördert Distickstoffoxid die Verbrennung, ist aber ungiftig, nicht korrosiv und ver flüchtigt sich schnell. Von allen bekannten Oxidationsmit tel ist Distickstoffoxid am ungefährlichsten im Einsatz und in der Handhabung. Weiterhin ist es leicht beschaff bar, billig und umweltverträglich. Bei größeren Konzentra tionen in der Atemluft wirkt Distickstoffoxid narkotisie rend, und seine Anwendungsgebiete erstrecken sich insbe sondere auf die Lebensmittelindustrie und Medizintechnik. Distickstoffoxid ist, abgesehen von seiner Oxidationsfä higkeit, in seinen Eigenschaften vergleichbar mit denen von Kohlendioxid. Durch seine Zusammensetzung aus zwei Stickstoffatomen und einem Sauerstoffatom ähnelt Distick stoffoxid ferner der Luft, so daß man es als "flüssige Luft" bezeichnen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die gattungsgemäße Notanblasvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie die Nachteile des Stands der Technik überwindet, d. h. insbesondere als System Schußsicherheit, Umweltverträg lichkeit und eine kostengünstige Beschaffung und Materi alerhaltung aufweist und ein Anblasgas erzeugt, das keine Explosions- bzw. Detonationsfähigkeit mit Luft sowie keine Korrosivität aufweist, inert, ungiftig sowie partikelfrei ist und wenig kondensierbare Anteile Gas umfaßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Energieträger ein Oxidationsmittel umfaßt, das mit zumindest einem Reaktionskörper zur Wechselwirkung bring bar ist, und das Oxidationsmittel einen anderen Aggregat zustand als der Reaktionskörper aufweist und mit diesem eine hybride Treibstoffkombination bildet.

Dabei ist gemäß der Erfindung bevorzugt, daß das Oxida tionsmittel, der Reaktionskörper und das erzeugte Gas inert, ungiftig und umweltverträglich sind.

Die Erfindung schlägt auch vor, daß das Oxidationsmittel ohne zusätzliches Hilfsmittel nicht mit dem Reaktionskör per reaktionsfähig ist und/oder nicht selbstzündend ist.

Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß der Reak tionskörper direkt oder indirekt erhitzbar ist.

Die Reaktion und/oder Zersetzung kann gemäß der Erfindung über eine Zündeinrichtung initiierbar sein, die vorzugs weise pyrotechnisch, elektrisch und/oder hypergolisch zündbar ist.

Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Oberflä che des Reaktionskörpers eine pyrotechnische Heizsatzmi schung, elektrische Wärme und/oder HNO₃ oder N₂O₄ zuführbar ist.

Auch kann Hitze außerhalb des Gasgenerators erzeugbar und zum Reaktionskörper führbar sein.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß der Reaktionskörper während der Reaktion zumindest teilweise abbrennbar ist, wobei der Reaktionskörper beim Abbrennen seine Integrität vorzugsweise nicht verliert.

Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Oxidationsmittel über eine Einspritzeinrichtung in den Reaktionsraum des Gasgenerators auf den Reaktionskörper spritzbar ist.

Oxidationsmittel kann erfindungsgemäß auch geregelt nach spritzbar sein.

Es kann nach der Erfindung vorgesehen sein, daß zwei Reak tionskörper hintereinander angeordnet sind, wobei nur der erste Reaktionskörper direkt mit dem Oxidationsmittel be spritzt wird.

Dabei kann der zweite Reaktionskörper nicht oder nur teil weise abbrennbar sein.

Erfindungsgemäß ist bevorzugt, daß das erzeugte Gas ein stellbar wasserstoff- und wasserfrei ist.

Erfindungsgemäß ist auch bevorzugt, daß das erzeugte Gas Stickstoff und/oder eine luftähnliche Zusammensetzung, vorzugsweise Sauerstoff, umfaßt.

Ferner schlägt die Erfindung vor, daß die Temperatur des erzeugten Gases durch Nachspritzen von Oxidationsmittel und/oder durch Verwendung zweier Reaktionskörper geregelt herabsenkbar ist.

Das Oxidationsmittel kann nach der Erfindung gasförmig oder flüssig, vorzugsweise verflüssigtes Distickstoffoxid, sein.

Der Reaktionskörper kann erfindungsgemäß ein Festkörper großer Oberfläche, der vorzugsweise Metall, Kohlenstoff und/oder Kunststoff umfaßt, sein.

Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ein Hybridtreibstoffsystem, d. h. ein flüssi ges oder gasförmiges Oxidationsmittel und ein fester Reak tionskörper bzw. Brennstoff zum Erzeugen eines Gases in einer Notanblasvorrichtung für ein Unterwasserfahrzeug verwendbar ist, wobei das Oxidationsmittel und der Reak tionskörper im Gasgenerator räumlich getrennt verwahrt werden und unterschiedliche Aggregatzustände besitzen so wie so auswählbar sind, daß sie ohne Hilfsmittel nicht miteinander in Reaktion treten können und das Oxidations mittel nicht selbstzündend ist, was der Sicherheit dient, und ferner im Prinzip eine große Vielfalt von möglichen Treibstoffkombinationen vorliegt, so daß die Gaszusammen setzung des erzeugten Gases in weiten Bereichen einge stellt werden kann.

Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, Distickstoffoxid als Oxidationsmittel zu verwenden, dessen Zerfall zwar an sich bereits Wärme liefert, d. h. zur Erzeugung eines heißen Gases führt, das praktisch Luft gleichkommt, wobei aller dings die katalytische Zersetzung nur unvollkommen und erst bei hoher Temperatur gelingt, während gemäß der Er findung mit Hilfe eines festen Reaktionskörpers bzw. Brennstoffes großer Oberfläche, der bei der Reaktion gleichzeitig oxidiert bzw. abgebrannt wird, auf einen teu ren Katalysator verzichtet werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbei spiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Gasgenerators zum Verwenden in einer erfindungsgemäßen Notanblasvorrichtung;

Fig. 2a eine perspektivische Ansicht eines U-Boots mit zum Teil aufgeschnittener Notanblasvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 2b eine vergrößerte Ansicht der aufgeschnittenen Notanblasvorrichtung von Fig. 2a.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, umfaßt ein erfindungsgemäß verwendeter Gasgenerator 1 eine Einspritzeinrichtung 2 für ein Oxidationsmittel, einen Reaktionskörper 3, eine Zünd einrichtung 4 und einen Gasausgang 5 für das erzeugte Gas.

Im Falle der Verwendung von unter Druck verflüssigtem Di stickstoffoxid (N₂O) als Oxidationsmittels und einem Kunst stoff großer Oberfläche als Reaktionskörper 3, kommt es ohne Hilfsmittel nicht zu einer Reaktion, so daß im Not fall eine Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel und dem Reaktionskörper 3 durch Betätigen der Einspritzeinrichtung 2 sowie der Zündeinrichtung 4 zum Gaserzeugen auszulösen ist. Durch Einstellen des Mischungsverhältnisses zwischen dem Oxidationsmittel und dem Reaktionskörper 3 kann eine Zusammensetzung des Reaktionsgases eingestellt werden, die nahezu an reinen Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) heran reicht. Das Aufspalten des Oxidationsmittels und die Ver brennung des Reaktionskörpers 3 führt dabei zu einem sta bilen und gegen Störungen unempfindlichen Verbrennungsme chanismus, was ein im wesentlichen konstantes Aufblasen von Tauchzellen ermöglicht.

Durch Nachschaltung eines weiteren nicht oder nur zum Teil oxidierbaren, nicht gezeigten Reaktionskörpers, der also den Sauerstoffanteil im wesentlichen nicht verringert und das Reaktionsgas nicht weiter erwärmen kann, oder Nach spritzen von flüssigem Distickstoffoxid kann die Tempera tur des Anblasgases gezielt herabgesenkt werden.

Das von dem hybriden Gasgenerator 1 der erfindungsgemäßen Notanblasvorrichtung erzeugte Gas kann, bei Bedarf, wie im Falle einer in U-Booten 10 herkömmlicherweise eingebauten, in Fig. 2a und 2b dargestellten Notanblasvorrichtung 20 Tauchzellen 21 über Gasführungen 22 zugeführt werden. Da bei kann weitgehend auf in U-Booten 10 bereits vorhandene elektrische und mechanische Schnittstellen zurückgegriffen werden.

Insgesamt weist die erfindungsgemäße Notanblasvorrichtung folgende Vorteile auf:

- Einstellbare wasserstoff- und wasserfreie Gaszusammen setzung mit Anteilen von Stickstoff und Sauerstoff, so daß das Gas im Notfall über mehrere Minuten ohne Fol geschäden atembar ist und mit Luft keine explosions- oder detonationsfähigen Gemische gebildet werden.
- Inerte, ungiftige und umweltverträgliche Treibstoffe und erzeugte Gase.
- Schußsicherheit.
- Kostenreduktion und Vereinfachung des Gasgenerators, da weitgehend auf Regelarmaturen, teure Katalysatoren und Treibstoffe verzichtet werden kann, sowie kostengünsti ge Materialien einsetzbar sind.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede nen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Gasgenerator

2

Einspritzeinrichtung für Oxidationsmittel

3

Reaktionskörper

4

Zündeinrichtung

5

Gasausgang

10

Unterwasserfahrzeug

20

Notanblasvorrichtung

21

Tauchzelle

22

Gasführung

Claims

1. Notanblasvorrichtung für Unterwasserfahrzeuge mit min destens einem Gasgenerator, in dem durch chemische Reak tion und/oder Zersetzung eines Energieträgers ein Gas er zeugt wird, und mit zumindest einer zum Wasseraustrieb mit dem erzeugten Gas füllbaren Tauchzelle, dadurch gekennzeichnet, daß
der Energieträger ein Oxidationsmittel umfaßt, das mit zumindest einem Reaktionskörper (3) zur Wechselwirkung bringbar ist, und
das Oxidationsmittel einen anderen Aggregatzustand als der Reaktionskörper (3) aufweist und mit diesem eine hybride Treibstoffkombination bildet.

2. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Oxidationsmittel, der Reaktionskörper (3) und das erzeugte Gas inert, ungiftig und umweltver träglich sind.

3. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel ohne zusätzliches Hilfsmittel (4) nicht mit dem Reaktionskörper (3) reak tionsfähig ist.

4. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel nicht selbstzündend ist.

5. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskörper (3) direkt oder indirekt erhitzbar ist.

6. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion und/oder Zersetzung über eine Zündeinrichtung (4) initiierbar ist.

7. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zündeinrichtung (4) pyrotechnisch, elek trisch und/oder hypergolisch zündbar ist.

8. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Oberfläche des Reaktionskörpers (3) eine pyrotechnische Heizsatzmischung, elektrische Wärme und/oder HNO₃ oder N₂O₄ zuführbar ist.

9. Notanblasvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hitze außerhalb des Gasgenera tors (1) erzeugbar und zum Reaktionskörper (3) führbar ist.

10. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskörper (3) während der Reaktion zumindest teilweise abbrennbar ist.

11. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Reaktionskörper (3) beim Abbrennen seine Integrität nicht verliert.

12. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel über eine Einspritzeinrichtung (2) in den Reaktionsraum des Gasgenerators (1) auf den Reaktionskörper (3) spritz bar ist.

13. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Oxidationsmittel ge regelt nachspritzbar ist.

14. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reaktionskörper hintereinander angeordnet sind, wobei nur der erste Reak tionskörper direkt mit dem Oxidationsmittel bespritzt wird.

15. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Reaktionskörper nicht oder nur teilweise abbrennbar ist.

16. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Gas ein stellbar wasserstoff- und wasserfrei ist.

17. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Gas Stickstoff und/oder eine luftähnliche Zusammensetzung, vorzugsweise Sauerstoff, umfaßt.

18. Notanblasvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des erzeug ten Gases durch Nachspritzen von Oxidationsmittel und/oder durch Verwendung zweier Reaktionskörper geregelt herab senkbar ist.

19. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel gasförmig ist.

20. Notanblasvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel flüs sig ist.

21. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß das Oxidationsmittel verflüssigtes Distick stoffoxid ist.

22. Notanblasvorrichtung nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskörper (3) ein Festkörper großer Oberfläche ist.

23. Notanblasvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet, daß der Reaktionskörper (3) Metall, Kohlenstoff und/oder Kunststoff umfaßt.