DE19938914C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einholen eines Unterwasserfahrzeugs in ein U-Boot - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Einholen eines im Wasser fahrenden, eigengetriebenen, ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs (12) in ein U-Boot (10), das mit einem bugseitig mündenden, zentralen Aufnahmerohr (11) versehen ist, wird das Unterwasserfahrezug (12) so gesteuert, daß es vor dem Bug des U-Boots (10) mit gegenüber dem U-Boot (10) kleinerer Geschwindigkeit läuft. Das Unterwasserfahrzeug (12) wird mit elektroakustischen Mitteln bezüglich der Mündung des Aufnahmerohrs (11) zentriert und das U-Boot (10) wird mit seinem Aufnahmerohr (11) über das Unterwasserfahrzeug (12) geschoben (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einholen eines im Wasser fahrenden, eigengetriebenen, ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs in ein U-Boot, das mit einem bugseitig mündenden, zentralen Aufnahmerohr für das Unterwasserfahrzeug ausgerüstet ist.

Solche autonomen Unterwasserfahrzeuge dienen zum Detektieren und Klassifizieren von Seegrund- oder Ankertauminen und auch zu deren Vernichtung. Sie werden bevorzugt von Überwasserschiffen, sogenannten Minenjagdbooten, mitgeführt und im Zielgebiet zum Minenräumen in Einsatz gebracht, wobei das Ausbringen und Einholen der Unterwasserfahrzeuge mittels Lasthebeanlagen vom Schiffsdeck aus erfolgt.

Für spezielle Einsatzzwecke haben auch Unterwasserschiffe, wie Untersee- oder U-Boote, Bedarf an einem Mitführen solcher Unterwasserfahrzeuge, die dann im Einsatzgebiet aus dem U-Boot ausgestoßen und wieder eingeholt werden müssen, wobei insbesondere das Einholen unter Wasser technische Probleme bereitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einholen eines sich im Wasser befindlichen Unterwasserfahrzeugs in ein U-Boot und eine Vorrichtung hierfür anzugeben.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Unterwasserfahrzeug nach Abschluß seiner Mission wieder an Bord des U-Bootes geholt werden kann, ohne das letzteres hierzu auftauchen muß. Das Einholmanöver kann problemlos automatisiert werden und erfordert nur spezielle Steuervorgänge am Unterwasserfahrzeug und U-Boot. Durch die automatische Zentrierung des Unterwasserfahrzeugs bezüglich der Mündung des Aufnahmerohrs wird das Unterwasserfahrzeug immer im Zentrum der vom Bug des U-Bootes erzeugten Druckwelle gehalten und somit verhindert, daß es von der Bugwelle seitlich weggedrückt wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 7 angegeben.

Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während des Einholmanövers im Aufnahmerohr zumindestens in dessen Mündungsbereich eine in die Tiefe des Aufnahmerohrs gerichtete Strömung erzeugt. Dadurch verändert sich der hydrostatische Druckpunkt in der Mitte vor dem Bug des U- Bootes so, daß über der Mündung des Aufnahmerohrs ein Minimumtrichter im Druckverlauf der Bugwelle entsteht. In diesem Minimumtrichter "rutscht" das Unterwasserfahrzeug in den äußeren Bereich des Aufnahmerohrs. Bevorzugt wird eine solche Strömung im Aufnahmerohr dadurch erzeugt, daß eine in der Rohrwand des Aufnahmerohrs vorgesehene Wasserablauföffnung durch Öffnen eines Sperrventils freigegeben und ggf. zusätzlich eine Saugpumpe eingeschaltet wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zentrierung des Unterwasserfahrzeugs durch fortlaufende Messung der Entfernung zwischen mindestens drei am Unterwasserfahrzeug einerseits und mindestens drei am Bug des U-Bootes andererseits festgelegten Bezugspunkten, die jeweils auf einem zur Längsachse des Unterwasserfahrzeugs bzw. zur Längsachse des Aufnahmerohrs im U-Boot konzentrischen Teilerkreis um gleiche Drehwinkel zu einander versetzt angeordnet sind. Dabei wird das Unterwasserfahrzeug so gelenkt, daß die Differenzen zwischen den gemessenen Entfernungen minimiert werden. Die Entfernungsmessung erfolgt vorzugsweise mittels elektroakustischer Mittel und Messung der Laufzeit von von diesen ausgesandten und wieder empfangenen Schallimpulsen.

Die Erfindung ist anhand einer in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zum Einholen eines Unterwasserfahrzeugs in ein U- Boot im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittweise ein Draufsicht eines U-Boots und Unterwasserfahrzeugs während eines Einholmanövers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Einholen des Unterwasserfahrzeugs in das U-Boot.

In Fig. 1 ist ein U-Boot 10 ausschnittweise in Draufsicht schematisch dargestellt. Das U-Boot 10 ist mit einem zentralen Aufnahmerohr 11 für ein Unterwasserfahrzeug 12 ausgerüstet, das koaxial mit der Längsachse 13 des U-Boots 10 angeordnet ist. Das Aufnahmerohr 11 mündet frei im Zentrum des Bugs des U-Boots 10 und ist im Mündungsbereich mit einem Einlauftrichter 14 versehen, der das Einlaufen des Unterwasserfahrzeugs 12 in das Aufnahmerohr 11 erleichtert. Das vom Einlauftrichter 14 abgekehrte Rohrende ist stirnseitig mit einem abnehmbaren Druckdeckel 15 verschlossen, so daß das im Aufnahmerohr 11 aufgenommene Unterwasserfahrzeug 12 nach Öffnen des Druckdeckels 15 aus dem Aufnahmerohr 11 entnommen werden kann.

Das Aufnahmerohr 11 ist mit einem Wasserablauf 16 für das über den Einlauftrichter 14 des Aufnahmerohrs 11 einströmende Wasser versehen. Der Wasserablauf 16 umfaßt eine in der Rohrwandung des Aufnahmerohrs 11 angeordnete Ablauföffnung 17 und ein von der Ablauföffnung 17 bis zur Außenhülle des U- Bootes sich fortsetzendes und dort frei mündendes Ablaufrohr 18. Die Ablauföffnung 17 liegt dabei im Abstand vor dem mit dem Druckdeckel 15 verschlossenen stirnseitigen Ende des Aufnahmerohrs 11. Die Ablauföffnung 17 kann dabei so ausgebildet sein, daß sie durch das Unterwasserfahrzeug 12 beim Einlaufen in das Aufnahmerohr 11 verschlossen wird. Der Wasserablauf 16 ist mittels eines Absperrventils 19 verschließbar, das beim Einholmanöver geöffnet wird, so daß durch das in das Aufnahmerohr 11 einströmende und über den Wasserablauf 16 abströmende Wasser im Innern des Aufnahmerohrs 11 eine in die Tiefe des Aufnahmerohrs 11 hin zum Druckdeckel 15 gerichtete Strömung erzeugt wird, die das Einholen des Unterwasserfahrzeugs 12 unterstützt. Das Absperrventil 19 ist vorzugsweise im Ablaufrohr 18 angeordnet. Zusätzlich kann im Ablaufrohr 18 noch eine Pumpe 35 vorhanden sein, die eine vom Aufnahmerohr 11 zur Mündung des Ablaufrohrs 18 gerichtete Zwangsströmung des Wassers erzeugt.

Das als autonomes Fahrzeug konzipierte Unterwasserfahrzeug 12 ist eigengetrieben und ferngesteuert und weist einen elektromotorischen Antrieb 20 (Fig. 2) für einen Propeller 21 (Fig. 1), eine Lenkeinrichtung 22 (Fig. 2), die ein Höhenruder 23 und eine Seitenruder 24 (Fig. 1) sowie hier nicht dargestellte Ruderantriebe umfaßt, sowie eine Steuereinheit 25 (Fig. 2) zur Erzeugung von Lenksignalen für die Lenkeinrichtung 22 und Steuersignalen für die Antriebsregelung auf.

Zum Einholen es Unterwasserfahrzeugs 12 in das U-Boot 10 dient eine spezielle Vorrichtung, die teilweise im Unterwasserfahrzeug 12 und teilweise am Bug des U-Bootes 10 angeordnet ist. Zu dieser Vorrichtung gehören mindestens drei, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vier, elektroakustische Wandler 25 zum Senden und Empfangen von Schallimpulsen, die heckseitig am Unterwasserfahrzeug 12 auf einem zur Längsachse 26 des Unterwasserfahrzeugs 12 konzentrischen Teilerkreis um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind. Vorzugsweise sind die elektroakustischen Wandler 25 in die Außenhülle des Unterwasserfahrzeugs 12 integriert. Zur Vorrichtung gehören ferner eine der Zahl der elektroakustischen Wandler 25 entsprechende Anzahl von sogenannten Transpondern oder Respondern 27, die so ausgebildet sind, daß sie die von den elektroakustischen Wandler 25 ausgestrahlenen Schallimpulse empfangen und für jeden empfangenen Schallimpuls ihrerseits einen Antwortimpuls aussenden und hierzu über einen elektroakustischen Empfangs- und Sendewandler 28 verfügen. Die elektroakustischen Wandler 28 sind auf einem zur Längsachse des Aufnahmerohrs 11 konzentrischen Teilerkreis um gleiche Umfangswinkel versetzt am Bug des U-Boots 10 angeordnet und dabei vorzugsweise in die Außenhülle des U-Boots 10 integriert. In Fig. 1 sind von den insgesamt vier elektroakustischen Wandlern am Unterwasserfahrzeug 12 und von den insgesamt vier elektroakustischen Wandlern 28 der Transponder 27 am U-Boot. 10 nur jeweils zwei Wandler 25 bzw. 28 zu sehen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 fällt die Längsachse des Aufnahmerohrs 11 mit der Längsachse 13 des U-Boots 10 zusammen. Aus konstruktiven Gründen kann aber das Aufnahmerohr 11 auch parallel zur Längsachse 13 des U-Boots 10 versetzt, vorzugsweise in Vertikalrichtung versetzt, angeordnet werden.

Die am Unterwasserfahrzeug 12 plazierten elektroakustischen Wandler 25 sind mit einer Sendeeinrichtung 30 und mit einer Empfangseinrichtung 31 verbunden (Fig. 2). In der Sendeeinrichtung 30 werden Sendeimpulse erzeugt, die über die elektroakustischen Wandler 25 abgestrahlt werden, und in der Empfangseinrichtung 31 werden die von den Transpondern 27 am U-Boot 10 ausgesandten und von den elektroakustischen Wandlern 25 am Unterwasserfahrzeug 12 empfangenen Schallimpulse einer Signalverarbeitung unterzogen. Ein der Empfangseinrichtung 31 nachgeschalteter Steuerrechner 32 bestimmt dabei die Zeit zwischen dem Aussenden eines Schallimpulses und dem Empfang des Antworterimpulses an jedem der vier elektroakustischen Wandler 25 und ermittelt die Zeitdifferenzen zwischen den an den einzelnen Wandlern 25 gemessenen Zeiten. Die Zeitdifferenzen werden als Regelgrößen einer Regeleinrichtung 33 zugeführt, die mit der Steuereinheit 29 verbunden ist und die Steuereinheit 29 so lange zur Erzeugung entsprechender Lenksignale veranlaßt, bis die Regelgrößen annähernd Null sind.

Mit der beschriebenen Vorrichtung zum Einholen des Unterwasserfahrzeugs 12 in das U-Boots 10 wird das Einholmanöver wie folgt durchgeführt:
Zunächst wird das Unterwasserfahrzeug 12 über die Fernsteuerung an das U-Boot 10 herangeholt und so gesteuert, daß es vor dem Bug des U-Boots 10 mit gegenüber dem U-Boot 10 kleinerer Geschwindigkeit läuft. Mittels der elektroakustischen Wandler 25 und 28 und der dazu gehörenden Elektronik wird das Unterwasserfahrzeug 12 bezüglich der Mündung (Einlauftrichter 14) des Aufnahmerohrs 11 zentriert.

Die Zentrierung erfolgt in der Weise, daß mittels der elektroakustischen Wandler 25 und 28 fortlaufend die Entfernungen zwischen den einander zugeordneten elektroakustischen Wandler 25 und 28 gemessen werden, indem die Laufzeit der Schallimpulse zwischen Aussenden und Empfang an den elektroakustischen Wandler 25 gemessen und die Lenkung des Unterwasserfahrzeugs 12 so lange beeinflußt wird, bis die Entfernungen bzw. Schallaufzeiten an allen elektroakustischen Wandlerpaarungen 25, 28 gleich sind. Im U-Boot 10 wird der Wasserablauf 16 durch Öffnen des Absperrventils 19 geöffnet, so daß im Mündungsbereich des Aufnahmerohrs 11 eine in die Tiefe des Aufnahmerohrs 11 gerichtete ggf. von der eingeschalteten Pumpe 35 unterstützte Saugströmung entsteht, wodurch der hydrostatische Druckpunkt in der Mitte vor dem Bug so verändert wird, daß über dem Mündungsbereich ein Minimumtrichter im Druckverlauf der Bugwelle entsteht. In diesem Minimumdrucktrichter rutscht das Unterwasserfahrzeug 12 in den Mündungsbereich des Aufnahmerohrs 11. Durch Schließen des Absperrventils 19 kommt das Unterwasserfahrzeug 12 auf der im Aufnahmerohr 11 sich mit zunehmenden Eindringen des Unterwasserfahrzeugs 12 abbauenden Wassersäule zum Stehen, wobei das Unterwasserfahrzeug 12 die Ablauföffnung 17 des Wasserablaufs 16 mehr oder weniger dicht verschließt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Einholen eines im Wasser fahrenden, eigengetriebenen, ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs (12) in ein U-Boot (10), das mit einem bugseitig mündenden, zentralen Aufnahmerohr (11) für das Unterwasserfahrzeug (12) ausgerüstet ist, bei dem das Unterwasserfahrzeug (12) so gesteuert wird, daß es vor dem Bug des U-Boots (10) mit gegenüber dem U-Boot (10) kleinerer Geschwindigkeit läuft, dabei das Unterwasserfahrzeug (12) mit elektroakustischen Mitteln bezüglich der bugseitigen Mündung des Aufnahmerohrs (10) zentriert und das U-Boot (10) mit seinem Aufnahmerohr (11) über das Unterwasserfahrzeug (12) geschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufnahmerohr (11) zumindest in dessen Mündungsbereich eine in die Tiefe des Aufnahmerohrs (11) gerichtete Strömung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Wasserströmung eine in der Rohrwand des Aufnahmerohrs (11) angeordnete Ablauföffnung (17), vorzugsweise durch Öffnen eines Absprerrventils (19), freigegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung des Unterwasserfahrzeugs (12) fortlaufend die Entfernung zwischen mindestens drei am Unterwasserfahrzeug (12) einerseits und mindestens drei am Bug des U-Boots (10) andererseits festgelegten Bezugspunkten, die jeweils auf einem zur Längsachse (26) des Unterwasserfahrzeugs (12) bzw. der Längsachse (13) des U-Boots (10) konzentrischen Teilerkreis um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind, gemessen wird und daß das Unterwasserfahrzeug (12) so gelenkt wird, daß die Differenzen zwischen den gemessenen Entfernungen minimiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Mittel mindestens drei elektroakustische Wandler (25) verwendet werden, die an den Bezugspunkten am Unterwasserfahrzeug (12) angeordnet werden und daß zur Entfernungsmessung die Laufzeiten der von den elektroakustischen Wandlern (25) abgestrahlten und nach Rückkehr von den Bezugspunkten am Bug des U- Boots (10) empfangenen Schallimpulse bestimmt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bezugspunkten des U-Boots (10) jeweils ein elektroakustischer Wandler (28) eines Transponders (27) angeordnet wird, der als Antwort auf einen empfangenen Schallimpuls einen neuen Schallimpuls über den elektroakustischen Wandler (28) aussendet.

7. Vorrichtung zum Einholen eines im Wasser fahrenden, eigengetriebenen, ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs (12), das eine Lenkeinrichtung (22) und eine Steuereinheit (29) zur Erzeugung von Lenksignalen für die Lenkeinrichtung (22) besitzt, in ein U-Boot (10), das mit einem bugseitig mündenen Aufnahmerohr (11) für das Unterwasserfahrzeug (12) ausgerüstet ist, mit mindestens drei elektroakustischen Wandlern (25) zum Aussenden und Empfangen von Schallimpulsen, die am Unterwasserfahrzeug (12) auf einem zur Längsachse (26) des Unterwasserfahrzeugs (12) konzentrischen Teilerkreis um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind, mit einer gleichen Anzahl von Antwortgebern (27), die auf einen empfangenen Schallimpuls hin einen Antwortimpuls aussenden, zugehörigen elektroakustischen Wandlern (28), die am Bug des U-Boots (10) auf einem zur Längsachse des Aufnahmerohrs (13) konzentrischen Teilerkreis um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind, und mit einem Steuerrechner (32), der die Zeit zwischen dem Aussenden eines Schallimpulses und dem Empfangen des Antwortimpulses bei jedem elektroakustischen Wandler 25 im Unterwasserfahrzeug (12) mißt und die Zeitdifferenz als Regelgröße an eine mit der Steuereinheit (29) verbundene Regeleinrichtung (33) gibt, die von der Regeleinrichtung (33) zu Null ausgeregelt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Aufnahmerohr (11) ein Wasserablauf (16) für das über die Mündung des Aufnahmerohrs (11) einströmende Wasser vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserablauf (16) eine in die Rohrwandung eingebrachte Ablauföffnung (17) und ein von der Ablauföffnung (17) bis zur Außenhülle des U-Boots (10) sich fortsetzendes und dort frei mündendes Ablaufrohr (18) aufweist und daß die Ablauföffnung (17) so angeordnet ist, daß sie von dem sich in das Aufnahmerohr (11) einschiebenden Unterwasserfahrzeug (12) verschließbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauföffnung (17) mit Abstand vor dem von der Mündung des Aufnahmerohrs (11) abgekehrten, verschlossenen Stirnende des Aufnahmerohrs (11) liegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserablauf (16) mittels eines Absperrventils (19) wahlweise verschließbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Wasserablauf (16) eine Pumpe (35) mit zum Aufnahmerohr (11) gerichteter Saugwirkung angeordnet ist.