DE19812356C1 - Schleppantenne mit Formstücken aus anorganischem Schaum - Google Patents

Abstract

Eine Schleppantenne wird zum Detektieren und Peilen von geräuschabstrahlenden Zielen eingesetzt. In einem Schlauch als äußere Hülle befinden sich zur Formbeständigkeit in Längsrichtung beabstandete Formstücke, die Hydrophone und/oder Elektronik-Bausteine aufnehmen und/oder Zugseile und Kabel führen. Der Schlauch ist mit einem Füllmittel gefüllt. Zur Erhöhung des Auftriebs der Schleppantenne werden erfindungsgemäß die Formstücke aus anorganischem Schaum, insbesondere geschäumtem Metall, hergestellt, dessen Dichte abhängig von der notwendigen Trimmung und dem verwendeten Füllmittel eingestellt wird. Durch die Dimensionierung oder die Anzahl der Formstücke ist der Auftrieb insbesondere auch bei einer Gelfüllung vergrößerbar, so daß die Dichte der Schleppantenne optimal auf die Wassertiefe im Operationsgebiet eingestellt werden kann. Der akustische Wellenwiderstand der Formstücke aus geschäumtem Metall ist an den des gefüllten Schlauchs angepaßt, so daß ein störungsfreier Empfang gewährleistet ist. Durch geometrische Formgebung der Formstücke wird eine Stabilisierung der Lage der Schleppantenne erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleppantenne mit Formstücken der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

In der Wasserschalltechnik werden Peilanlagen mit einer von einem Wasserfahrzeug nachgeschleppten Schleppantenne großer Länge eingesetzt, um über große Entfernungen Ziele zu detektieren und zu peilen.

Aus der DE-OS 42 08 178 ist eine Schleppantenne aus mehreren mechanisch und elektrisch verbundenen Sektionen bekannt, die mit Zugseilen geschleppt wird. Formstücke in Längsrichtung sorgen für einen Abstand der Zugseile und eine Querstabilität der Schleppantenne. Zum Schutz gegen Seewasser bildet ein Schlauch die äußere Hülle, der mit einem Füllmittel befüllt ist, um die Dichte der Schleppantenne der Dichte des Seewassers anzugleichen. Üblicherweise wird als Füllmittel Öl verwendet. Die Formstücke und/oder ihre Dichtungen zum Schlauch sind teildurchlässig, damit der Schlauch befüllt werden kann und langperiodische Ausgleichströmungen beim Schleppvorgang möglich sind. Sie sind aus geschlossenzelligem Material, z. B. PE-Schaum oder Polypropylen, hergestellt, dessen Dichte nahezu gleich der Dichte des Wassers ist.

Zwischen den Formstücken und/oder in den Formstücken sind Hydrophone und Elektronik-Bausteine angeordnet, deren Verkabelung durch Bohrungen in den Formstücken geführt wird.

Mit einem Richtungsbildner an Bord des Wasserfahrzeugs werden Empfangssignale der Hydrophone zu Richtcharakterristiksignalen zusammengefaßt, deren Richtcharakteristiken seitlich zur Schleppantenne in unterschiedliche azimutale Richtungen weisen.

Die Schleppantenne ist an Bord des Wasserfahrzeugs vor ihrem Einsatz aufgetrommelt. Die Formstücke schützen die Hydrophone und Elektronik-Bausteine beim Auf- und Abwickeln der Schleppantenne. Vor dem Einsatz wird der Schlauch mit Öl gefüllt, das durch seine geringere Dichte als die Wasserdichte für einen Auftrieb der Schleppantenne sorgt und zum Trimmen bei unterschiedlichen Wassertiefen eingesetzt wird. Um nicht vor jedem Einsatz einen kompletten Austausch des Öls im Schlauch der Schleppantenne vornehmen zu müssen, ist in der DE PS 37 39 184 der Einsatz einer weiteren Trimmeinheit beschrieben, die im Schleppteil zwischen Wasserfahrzeug und Schleppantenne untergebracht ist und zwei Trimmschläuche für den Austausch von Trimmflüssigkeit während der Schleppfahrt vorsieht. Abhängig von der gewünschten Schlepptiefe und Schleppgeschwindigkeit wird die Trimmflüssigkeit ausgewählt, deren spezifisches Gewicht bzw. Dichte den Auftrieb des Schleppteils bestimmt. So ist es möglich, je nach Bedarf eine leichte oder schwere Trimmflüssigkeit einzufüllen und das Schleppteil so zu trimmen, daß es bei großer Schlepptiefe der Schleppantenne mehr oder weniger absackt. Schleppteil und Schleppantenne befinden sich im gleichen Schlauch, dessen äußere Kontur die Formstücke bestimmen, so daß sich der gesamte Schlauch problemlos auf die Trommel an Bord des Wasserfahrzeugs aufwickeln läßt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schleppantenne mit Formstücken der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, deren Trimmung sich ohne Austausch des im Schlauch befindlichen Füllmittels und/oder einer Trimmflüssigkeit in einer separaten Trimmeinheit vornehmen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst. Die Formstücke der Schleppantenne werden aus einem anorganischen Schaum gefertigt. Ihre Dichte ist geringer als 1, so daß die Schleppantenne durch die Formstücke Auftrieb erhält. Bei festgelegter Anzahl der Formstücke erfolgt die Trimmung der Schleppantenne über die Dimensionierung der Formstücke. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schleppantenne nach Anspruch 1 besteht darin, daß durch Größe und Formgebung der Formstücke nicht nur die Trimmung, sondern auch die Lage der Schleppantenne bestimmt wird.

Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schleppantenne nach Anspruch 2 bestehen die Formstücke aus Metallschaum. Geschäumtes Metall wird nach einem pulverermetallogischen Verfahren hergestellt. Eigenschaften und Herstellungsverfahren für geschäumte Metalle sind aus dem Artikel "Möglichkeiten zur Herstellung von Bauteilen aus geschäumten Metallen" aus "Pulvermetallogie in Wissenschaft und Praxis", Band 9, "Innovative und wirtschaftliche Bauteile durch Pulvermetalogie", Vorträge anläßlich des Imposiums am 25/26 November 1993 in Hagen, VDI-Verlag bekannt. Aus der DE 196 07 303 ist der Einsatz von geschäumten Metallen für Hüllkörper zum Schutz einer Hydrophonanordnung angegeben, bei dem der Elastizitätsmodul des Metallschaums und die Dichte, d. h. die Porosität des Metallschaums so eingestellt sind, daß auch bei schrägem Schalleinfall keine Reflexionen im Innenraum des Hüllkörpers auftreten und sein akustischer Wellenwiderstand gleich dem des umgebenden Wassers ist.

Der Vorteil des Einsatzes von geschäumtem Metall für Formstücke einer Schleppantenne besteht darin, daß die Dichte der Formstücke abhängig vom verwendeten Füllmittel im Schlauch der Schleppantenne wählbar ist, und Dichten erzielbar sind, die kleiner als die Dichte des Seewassers sind. Eine Trimmung wird bei vorgegebener Anzahl der eingesetzten Formstücke durch die Dichte erreicht.

Die gewünschte Dichte wird durch Zufügen von Treibmittelteilchen beim Gießen der Formstücke eingestellt, deren Menge auch den Elastizitätsmodul des anorganischen Schaums bestimmt. Der Elastizitätsmodul beeinflußt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in dem anorganischen Schaum und wird so gewählt, daß gemäß der vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schleppantenne nach Anspruch 3 der akustische Wellenwiderstand des Formstücks in dem notwendigen Dichtebereich für die Trimmung gleich dem des gefüllten Schlauchs ist. Der Vorteil der Anpassung des Wellenwiderstandes besteht insbesondere darin, daß keine Impedanzsprünge zwischen Formstück und Schlauch zu verzeichnen sind, so daß Wellenfronten von Schallwellen ungestört empfangen werden und ihre Einfallsrichtungen aus Empfangssignalen der in der Schleppantenne angeordneten Hydrophone ohne Störungen bestimmt werden können.

Um bei einer Verletzung des Schlauchs ein Auslaufen des Füllmittels zu verhindern und damit eine Verratsgefahr herab­ zusetzen, ist es besonders vorteilhaft, gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 4 als Füllmittel Gel zu verwenden. Das Gel weist eine höhere Dichte als Öl auf, die bei 0,98 g/cm³ liegt, so daß hier durch die Anzahl der Formstücke und die Dichte der Formstücke die Dichte und Trimmung der gesamten Schleppantenne an ihre Operationstiefe im Wasser angepaßt wird. In diesem Fall werden die Formstücke geschlossenporig ausgeführt und das Gel in flüssigem Zustand in den Schlauch gefüllt, das nach einer Zeit eine für das Gel typische Viskosität annimmt.

Formstücke mit einer geringen Dichte, die auch für gelgefüllte Schläuche geeignet sind, werden gemäß der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 5 vorzugsweise aus geschäumtem Aluminium oder einer geschäumten Aluminiumlegierung hergestellt. Der besondere Vorteil solcher Formstücke besteht darin, daß sie akustisch transparent sind und sich hervorragend auch für die Aufnahme von Hydrophonen eignen. Zur Einstellung der Trimmung werden entsprechend viele Formstücke in den Schlauch eingefügt. Glasschaum oder Keramikschaum sind ebenfalls als Material geeignet, da seine Dichte ebenfalls variierbar ist.

Üblicherweise dienen die Formstücke nicht nur zur mechanischen Stabilisierung der Schleppantenne und zur Aufnahme der Hydrophone, sondern auch zur Halterung elektronischer Bausteine mit Vorstärkern und Analog-Digital-Wandlern für die Empfangssignale der Hydrophone. Bei einer Verwendung von Öl als Füllmittel werden die Formstücke gemäß Anspruch 6 geschlossenporig ausgebildet, wodurch eine günstige Wärmeableitung gewährleistet ist und ein Eindringen der Füllflüssigkeit verhindert wird.

Die geometrische Form der Formstücke wird abhängig vom Verwendungszweck gewählt. Besonders vorteilhaft ist es, den Formstücken die Gestalt eines Zylinders oder einer Kugel für die Aufnahme von Hydrophonen zu geben.

Die vorteilhafte Ausführungsform des Formstücks nach Anspruch 8 dient der Stabilisierung des Laufverhaltens der Schleppantenne. Durch die Prismaform oder die Form des Halbzylinders richtet sich die Schleppantenne so aus, daß das Formstück sich in der oberen Hälfte des Schlauches befindet, da die Dichte des Formstücks geringer als die Dichte des Füllmittels im Schlauch ist. Durch die Trennung von Metazentrum und Schwerpunkt wird eine Stabilisierung der Lage der Schleppantenne im Wasser erreicht.

Besonders vorteilhaft ist es, in der gleichen Schleppantenne Formstücke unterschiedlicher Geometrie für die Aufnahme von Elektronik-Bausteinen oder Hydrophonen und/oder Zugseilen oder zur Stabilisierung der Lage der Schleppantenne einzusetzen.

Eine besonders einfache Montage der Formstücke ist durch die erfindungsgemäße Weiterbildung der Schleppantenne nach Anspruch 9, gewährleistet, insbesondere dann, wenn die Formstücke Hydrophone oder Elektronik-Bausteine aufnehmen.

Einen breiten Spielraum zum Trimmen der Schleppantenne bietet die Weiterbildung nach Anspruch 10.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für eine Schleppantenne mit Formstücken näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Wasserfahrzeug mit Schleppantenne,

Fig. 2 bis Fig. 4 Formstücke unterschiedlicher geometrischer Konfiguration.

Eine Schleppantenne 10 wird von einem Wasserfahrzeug 11 nachgeschleppt, wie in Fig. 1 dargestellt. Mit einer Trommel 12, die sich an Bord befindet, wird die Schleppantenne 10 eingeholt und ausgebracht. Die Schleppantenne 10 besteht aus einem Schleppkabel 13 und zwei Dämpfungsmodulen 14, 15 und einem dazwischen liegendem Akustikteil 16 mit Hydrophonen, aus deren Empfangssignalen Richtcharakteristiksignale zum Peilen von Geräuschquellen unter Wasser gebildet werden. Die Dämpfungsmodule 14, 15 dienen der mechanischen Schwingungsentkopplung des Akustikteils 16.

Die Schleppantenne 10 ist vorzugsweise von zwei Zugseilen und Signalleitungen für die Empfangssignale durchzogen und mit einem Schlauch überzogen. Die Formstücke befinden sich in wählbaren Abständen in den Dämpfungsmodule 14, 15 und/oder im Akustikteil 16 oder auch im Schleppkabel 13 und führen die Zugseile und Signalleitungen im Schlauch der Schleppantenne 10. Der Schlauch ist mit Öl oder einem Gel gefüllt. Die Formstücke sind aus anorganischem Schaum gefertigt und bestehen z. B. aus Aluminiumschaum, dessen Dichte geringer als eins ist.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen unterschiedliche geometrische Formen der Formstücke. Besonders geeignet ist das in Fig. 2 dargestellte zylindrische Formstück 20 für die Aufnahme von Hydrophonen in seinem Inneren 21. Die Dichte und der Elastizitätsmodul des geschäumten Metalls für das zylindrische Formstück 21 ist durch Beimengen von Füllmittelteilchen beim Gießen so gewählt, daß seine akustische Impedanz gleich der akustischen Impedanz des gefüllten Schlauchs 22 und des umgebenden Wassers ist. Dadurch werden Impedanzsprünge beim Empfang von Schallwellen mit den Hydrophonen vermieden. In Bohrungen 23 und 24 werden die Zugseile und Signalleitungen geführt. Ein Ringspalt im Ruhezustand der Schleppantenne zwischen Schlauch 22 und zylindrischem Formstück 20 ermöglicht ein Befüllen und Entleeren des Schlauchs 22 mit einem Füllmittel.

Das Innere 21 des zylindrischen Formstücks 20 kann auch einen elektronischen Baustein aufnehmen. Die Dichte des verwendeten anorganischen Schaums wird an das Gewicht und Volumen des elektronischen Bausteins angepaßt.

Fig. 3 zeigt ein Formstück in Form eines Halbzylinders 30 aus anorganischen Schaum, dessen Dichte wesentlich kleiner als eins gewählt wird. Als Füllmittel wird ein Gel verwendet, dessen Dichte nahezu gleich eins ist. Durch die unterschiedliche Dichte des Halbzylinders 30 und des Gels wird ein Auftrieb und eine Ausrichtung der Schleppantenne erzeugt und eine stabile Lage beim Schleppen ermöglicht. Durch die verwendete Anzahl von Halbzylindern 30 und die Bestückung innerhalb der gesamten Schleppantenne ist eine Trimmung in einfacher Weise möglich. Das eine Zugkabel und die Signalleitungen werden in einer im Halbzylinder 30 befindlichen Bohrung 31 geführt, das andere Zugkabel 32 befindet sich in dem mit Gel gefüllten Halbraum des Schlauchs 22.

Fig. 4 zeigt ein prismenförmiges Formstück 40 aus anorganischen Schaum, z. B. Keramikschaum, das genauso wie der Halbzylinder 30 für Ausrichtung und Auftrieb der Schleppantenne 10 sorgt. In einer Bohrung 41 werden eines der Zugseile und die Signalleitungen geführt, das andere Zugseil 42 befindet sich in dem mit Öl oder Gel gefüllten Raum 43 des Schlauchs 22.

Claims (10)

1. Schleppantenne mit Formstücken in einem mit Füllmittel befüllbaren Schlauch, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (20, 30, 40) aus einem anorganischen Schaum gefertigt sind, daß die Dichte des anorganischen Schaums und/oder die Anzahl und/oder Dimensionierung der Formstücke (20, 30, 40) abhängig vom verwendeten Füllmittel und von einer notwendigen Trimmung gewählt ist.

2. Schleppantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (20, 30, 40) aus einem Metallschaum bestehen, der nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist.

3. Schleppantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (20, 30, 40) durch die Einstellung von Dichte und Elastizitätsmodul einen akustischen Wellenwiderstand aufweist, der gleich dem des gefüllten Schlauchs ist.

4. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmittel Gel verwendet wird.

5. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (20, 30, 40) aus Keramikschaum oder geschäumtem Aluminium oder einer geschäumtem Aluminiumlegierung bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis, 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (20), welche Elektronikbausteine in ihrem Innenraum aufnehmen, geschlossenporig ausgebildet sind.

7. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis, 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (20) die Form eines Zylinders oder einer Kugel aufweisen mit einem Außendurchmesser, der kleiner als der Schlauchdurchmesser ist.

8. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (30, 40) die Form eines Prismas oder Halbzylinders aufweisen.

9. Schleppantenne nach Anspruch, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Formstücke (20, 30, 40) in Längsrichtung teilbar ist.

10. Schleppantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke (20, 30, 40) im Schleppkabel (13) und/oder im mit Hydrophonen bestückten Akustikteil (16) und/oder in vor und hinter dem Akustikteil (16) befindlichen Dämpfungsmoduln (14, 15) angeordnet sind.