DE2534080A1

DE2534080A1 - Unterwasserfahrzeug mit selbstantrieb und kabelverbindung mit seiner basis

Info

Publication number: DE2534080A1
Application number: DE19752534080
Authority: DE
Inventors: Joel Charles; Maurice Roger Fourtier
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1974-08-01
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1976-02-12
Also published as: GB1509927A; FR2280524B1; FR2280524A1; US3967573A

Description

L'ETAT FRANQAIS represents par

Ie Deleguö Ministeriel pour l'Armement 14, rue Saint-Dominique

75997 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: E 838

Unterwasserfahrzeug mit Selbstantrieb und Kabelverbindung mit seiner Basis

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserfahrzeug mit Selbstantrieb, das mit seiner Basis durch ein Kabel verbunden ist und eine Vorrichtung besitzt, durch die vermieden werden soll, daß das Kabel auf das Unterwasserfahrzeug störende Kräfte ausübt, die durch die auf das Kabel einwirkenden hydrodynamischen Kräfte verursacht werden.

Die erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeuge mit Eigenantrieb können bemannt oder unbemannt sein und sind mit ihrer logistischen Basis (Schiff, Unterwasserfahrzeug, Unterwasserstation, Küste) durch ein Kabel verbunden, das zur Energieversorgung

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des Unterwasserfahrzeugs und/oder zur Übertragung von Informationen zwischen dem Unterwasserfahrzeug und der logistischen Basis dient.

Die Bewegungen des Unterwasserfahrzeuges und die Wasserströmungen üben hydrodynamische Kräfte auf das Verbindungskabel aus, das diese auf das Unterwasserfahrzeug in Form von Zugkräften oder in Form eines Drehmoments überträgt, wodurch die Steuerung des Unterwasserfahrzeugs erschwert wird. Bisher wurden diese Störkräfte dadurch beseitigt, daß das Unterwasserfahrzeug mit Führungsantrieben ausgerüstet wurde, die zur Korrektur der Bewegungsbahn des Unterwasserfahrzeugs in Betrieb genommen werden. Dieses Verfahren ist wegen der zusätzlichen Führungseinrichtungen kostspielig und gestattet gleichzeitig keine vollständige Korrektur der hydrodynamischen Kräfte. Die erreichten Bewegungsbahnen sind unregelmäßig.

Ziel der Erfindung ist es, alle auf das Unterwasserfahrzeug durch das Verbindungskabel übertragenen Störkräfte automatisch auszuschalten.

Dies wird einerseits durch einen Hilfsantrieb, der im hinteren Teil des Unterwasserfahrzeugs in einem Halter angeordnet ist, an dem das Verbindungskabel befestigt ist und der mit dem Unterwasserfahrzeug über ein Kardangelenk verbunden ist, und andererseits durch Einrichtungen erreicht, die die von dem Kardangelenk auf das Unterwasserfahrzeug ausgeübten Kräfte mißt und auf den Hilfsantrieb automatisch einwirkt, um diese Kräfte aufzuheben.

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Der Hilfsantrieb besteht vorzugsweise aus zwei gegenläufigen Schrauben, die durch Differentialausgleich ein axiales Moment vom Wert Null ausüben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hilfsantrieb längs des Durchmessers eines ersten Ringes angeordnet, der sich im Inneren eines zweiten konzentrischen Ringes dreht, der um einen seiner Durchmesser drehbar auf zwei diametral entgegengesetzten Zapfen montiert ist, die sich in einer von dem Heck des Unterwasserfahrzeugs gebildeten Gabel mit zwei Schenkeln drehen. Die beiden Zapfen sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die gegen die Ebene der Ringe leicht versetzt ist.

Die Einrichtungen zum Messen der von dem Kardangelenk auf das Unterwasserfahrzeug ausgeübten Kräfte bestehen vorzugsweise aus Dehnungsmeßstreifen, die auf den Auflageflächen der Lagerhalter der Drehzapfen des Kardangelenks in der Gabel angeordnet sind. *

Die Schrauben haben vorzugsweise einen veränderlichen Anstellwinkel, der automatisch so geändert wird, daß die Summe der von den Dehnungsmeßstreifen gelieferten Signale Null bleibt.

Erfindungsgemäß erhält man ein Unterwasserfahrzeug mit Selbstantrieb und Verbindungskabel, das keiner Kraft und keinem Drehmoment von Seiten des

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Verbindungskabels ausgesetzt ist.

Die Verankerung* des Kabels wird nämlich an einem Halter vorgenommen, der durch die Kardanverbindung bezüglich des Unterwasserfahrzeugs um zwei Achsen frei verschwenkbar ist, die zueinander senkrecht sind und in der Ausgangsstellung zur Längsachse des Unterwasserfahrzeugs senkrecht sind. Die auf das Kabel einwirkenden hydrodynamischen Kräfte, die sich in Drehmomenten um diese beiden Achsen auswirken, bewirken eine Drehung des Hilfsantriebs und seines Halters bezüglich des Unterwasserfahrzeugs und werden nicht auf dieses übertragen.

Die auf den Auflageflächen der Lagerhalter der Zapfen des Kardangelenks angeordneten Dehnungsmeßstreifen tasten das Auftreten jeder Kraft an dieser Stelle ab und.die in den Dehnungsmeß-Streifen entstehenden Signale werden in einer Regelkette bekannter Art zur automatischen Einwirkung auf den Hilfsantrieb oder zur Änderung des Anstellwinkels der Schrauben, wenn es sich um Schrauben mit veränderlichem Anstellwinkel handelt, oder zur Änderung ihrer Drehgeschwindigkeit in der Richtung benutzt, in der die Summe der Signale und damit die von dem Kardangelenk auf das Unterwasserfahrzeug ausgeübten Kräfte annulliert werden.

Die Steuerung des Unterwasserfahrzeugs von seinem Inneren aus, wenn es sich um ein bemanntes Fahrzeug handelt, oder die Fernsteuerung wird wesentlich einfacher,und insbesondere wird es möglich, das Unterwasserfahrzeug auf einer regelmäßigen

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Bahn zu halten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Unterwasserfahrzeugs,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung der Vorrichtung zum Ausgleich der Störkräfte,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Heck des Unterwasserfahrzeugs,

Fig. 4 eine Rückansicht des Unterwasserfahrzeugs und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V von Fig.3.

Fig. Λ zeigt ein Unterwasserfahrzeug 1 mit einem Kabel 2 zu seiner Verbindung mit seiner logistischen Basis. Das Fahrzeug 1 besitzt einen Eigenantrieb. Das Kabel 2 dient beispielsweise zur elektrischen Energieversorgung oder zur Übertragung von Informationen zwischen der logistischen Basis und dem Unterwasserfahrzeug.

In Folge der Bewegungsgeschwindigkeit des Unteswasserfahrzeugs und der Wasserströmungen unterliegt das Kabel 2 hydrodynamischen Krafteinwirkungen, die normalerweise auf das Unterwasserfahrzeug übertragen werden und dessen Bewegungs-

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bahn ändern.

Erfindungsgemäß ist das Unterwasserfahrzeug 1 mit einer Vorrichtung 3 ausgerüstet, durch die vermieden werden soll, daß das Kabel 2 auf das Unterwasserfahrzeug 1 Kräfte oder Drehmomente ausübt.

Das Unterwasserfahrzeug besitzt eine Längsachse oy und zwei zu dieser senkrechte Achsen ox und oz.

Die Vorrichtung 3 besteht aus einem verschwenkbaren Hilfsantrieb 4-, der mit einem Koordinatensystem JlXYZ dargestellt ist. Dieser Hilfsantrieb besteht beispielsweise wie die Torpedoantriebe aus zwei gegenläufigen Schrauben, die über ein Differential oder einen Motor mit zwei gegenläufigen Rotoren angetrieben werden.

Der Hilfsantrieb 4 ist im hinteren Teil des Unterwasserfahrzeugs 1 in einem Halter 5 montiert, der aus zwei konzentrischen Eingen besteht, die um die Achse Z, die zur Ebene der beiden Ringe senkrecht' ist und in der Ebene yoz liegt, gegeneinander drehbar sind. Der äußere Ring ist drehbar um die Achse /IX mittels zwei diametral entgegengesetzten Zapfen 6 montiert, die sich in einer von dem Heck des Unterwasserfahrzeugs 1 gebildeten Gabel 7 mit zwei Schenkeln 7a und 7b drehen.

Fig. 2 ist eine ausexnandergezogene Darstellung der Vorrichtung 3.

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Diese besteht aus einem äquatorial verlaufenden äußeren Ring 5a, der zwei diametral entgegengesetzte Zapfen 6a und 6b besitzt, die sich in Lagern 8a und 8b drehen, die von den beiden Schenkeln 7a und 7h getragen werden.

Der Ring 5a bildet den Außenring eines Kugellagers 9, dessen Innenring von dem Ring 5b gebildet wird. Längs eines Durchmessers des Ringes 5b ist ein zentrales Rohr 10 angeordnet, das die Welle der beiden gegenläufigen Schrauben 4a und 4b bildet, die durch einen Getriebemotor (nicht dargestellt) angetrieben werden.

Diese Vorrichtung besitzt ferner eine Verkleidung, die aus einer oberen Kalotte 11a und einer unteren Kalotte 11b besteht, die an dem inneren Ring 5b über einen oberen Ring 12 und einem unteren Ring befestigt sind.

Die aus der Verkleidung, dem Antrieb und dem inneren Ring 5b bestehende Einheit dreht sich somit gleichzeitig um die Achse ZZ1 bezüglich des äußeren Ringes 5a, der sich seinerseits bezüglich des Körpers des Unterwasserfahrzeugs um die Achse XX1 dreht. Der Hilfsantrieb 4 ist mit dem Unterwasserfahrzeug 1 über ein Kardangelenk verbunden, dessen beide Drehachsen die Achse XX1, die in der Ebene xoy liegt, und die Achse ZZ1 sind, die zu der Ebene xoy senkrecht ist.

Fig. 2 zeigt Dehnungsmeß-Streifen 14a, 14b und 14c, die auf jedem der Lager 8a und 8b in drei zueinander senkrechten Richtungen ox, oy und oz angeordnet sind. Diese Dehnungsmeß-Streifen liefern elektri-

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sehe Signale, die zu den von den Lagern auf das Unterwasserfahrzeug übertragenen Kräften proportional sind.

Pig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den hinteren Teil des Unterwasserfahrzeugs 1. Diese Figur zeigt die von den beiden Schenkeln 7a und 7b gebildete Gabel 7, die die Lager 8a und 8b trägt, in denen sich die Zapfen 6a und 6b drehen, die an dem äußeren, äquatorial verlaufenden Ring 5a befestigt sind. Fig. 3 zeigt ferner den inneren äquatorial verlaufenden Ring 5b, der das Rohr 10 trägt. Das Kabel 2, auf welchem eine Verkleidung 2a für die Schwimmfähigkeit vorgesehen ist, ist bei 15 an einem Ende des Rohrs 10 verankert. Die elektrischen Leiter werden in das Innere des Unterwasserfahrzeugs entweder durch einen biegsamen Strang, der das freie Verschwenken nicht behindert, oder durch einen drehenden Kontakt verlängert. Ferner sind in Fig.3 die beiden gegenläufigen Schrauben 4a und 4b des Antriebs dargestellt, der durch die Getriebemotoren 16a und 16b angetrieben werden, die durch ein Differential 16c miteinander verbunden sind. Die aus den Schrauben und den Antriebsorganen bestehende Einheit ist mit einer Verkleidung 11 versehen, die durch zwei Verkleidungen 17a und 17b fortgesetzt wird, die die Enden des Rohrs 10 verkleiden.

Der Schenkel 7h trägt einen Servomotor 18, der den Zapfen 6b in Drehung versetzt. Dieser Servomotor wird automatisch durch ein Signal gesteuert, das von einem Drehmomentsfühler geliefert wird,

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der das von dem Ring 5a auf den Körper des Unterwasserfahrzeugs übertragene Drehmoment mit der Achse XX1 mißt. Dieses Signal wirkt auf den Servomotor 18 so ein, daß die bewegliche Einrichtung um die Achse XX1 in der Richtung verschwenkt wird, in der das Drehmoment annulliert wird. Beispielsweise ist das Signal, das den Servomotor 18 steuert, gleich der Differenz der Signale, die von den beiden an den Lagern 8a und 8b vorgesehenen Dehnungsmeßstreifen 14a geliefert werden. Der Servomotor 18 kann auch weggelassen werden, da die hydrodynamischen Kräfte, die von dem Kabel auf die bewegliche Einrichtung übertragen werden, diese in der Praxis um die Achse XX1 in der Richtung verschwenken, in der das Drehmoment mit der Achse XX1 annulliert wird.

Die Vorrichtung kann einen zweiten Servomotor besitzen, der den Ring 5b automatisch in dem Ring 5a dreht. Dieser Servomotor ist in den Figuren nicht dargestellt, da er ebenso wie der erste Servomotor weggelassen werden kann, denn die von dem Kabel ausgeübten Kräfte reichen aus, um diese Drehung zu bewirken.

Pig. 4- zeigt eine Rückansicht gemäß IV-IV von Figo.

In dieser Figur nehmen die Ringe 5a und 5b in Folge einer Verschwenkung um die Achse XX1 eine geneigte Stellung ein.

Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V von Fig. 3.

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Diese Figur zeigt den äußeren, äquatorial verlaufenden Ring 5a und den inneren, äquatorial verlaufenden Ring 5b, die die beiden Träger eines Kugellagers bilden.

Der äußere Ring 5a ist in den Lagern 8a und 8b drehbar montiert, die von den beiden Schenkeln 7a und 7b der im Heck des Unterwasserfahrzeugs vorgesehenen Gabel getragen werden. Die Zapfen 6a und 6b sind am Ende von zwei nach unten gebogenen Armen angeordnet, so daß sie sich etwas tiefer als die Oberseite des Rings 5b befinden und daß sich das zentrale Rohr 10 und das Kabel 2 frei über den ganzen Umfang drehen können.

Fig. 5 zeigt die gegenläufigen Schrauben 4a und 4b und die Getriebemotoren 16a und 16b sowie das Differential 16c, durch die sie angetrieben werden. Die Schrauben sind beispielsweise Schrauben mit einem veränderlichen Anstellwinkel und besitzen Mechanismen 19a und 19<1 (schematisch dargestellt) zur Änderung des Anstellwinkels.

Diese Mechanismen werden automatisch durch Signale, die von Fühlern geliefert werden, beispielsweise von der Summe der Signale gesteuert, die von den auf den Auflageflächen der Lager 8a und 8d angeordneten Dehnungsmeß-Streifen 14a, 14b und 14c geliefert werden. Die automatische Einwirkung auf die Mechanismen zur Änderung des Anstellwinkels geht so vor sich, daß der Schub des Antriebs in der Richtung wirkt, in der die Summe der von den

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Dehnungsmeß-Streifen gelieferten Signale und damit der Zug des Kabels auf das Unterwasserfahrzeug annulliert wird.

Zum Ausbalancieren der beweglichen Einrichtung ist an der Verkleidung 11b ein Gegengewicht 20 befestigt.

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Claims

Patentansprüche

Λ ./Unterwasserfahrzeug mit Selbstantrieb, das mit einer Basis durch ein Kabel verbunden ist, g e kennzeichnet durch einen Hilfsantrieb, der im hinteren Teil des Unterwasserfahrzeugs in einem Halter angeordnet ist, an dem das zur Verbindung dienende Kabel befestigt ist und der mit dem Unterwasserfahrzeug über ein Kardangelenk verbunden ist, und durch Einrichtungen, die die von dem Kardangelenk auf das Unterwasserfahrzeug ausgeübten Kräfte mißt und automatisch auf den Hilfsantrieb zur Aufhebung dieser Kräfte einwirkt .
2. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb aus zwei gegenläufigen Schrauben besteht.
3. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die gegenläufigen Schrauben dirch ein Differential miteinander verbunden sind.
4. Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche.1 bis 3, dadurch gekennzeic h-ne t , daß der Hilfsantrieb längs eines Durchmessers eines ersten Ringes angeordnet ist, der sich frei im Inneren eines zweiten, konzentrischen Ringes dreht, der drehbar um einen seinen Durchmesser mittels zweier einander entgegengesetzter Zapfen montiert ist, die sich in Lagern drehen, die von

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einer von dem hinteren Ende des Unterwasserfahrzeugs gebildeten Gabel mit zwei Schenkeln getragen werden.
5. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zapfen in einer gegen die Ebene der Ringe leicht versetzten Ebene angeordnet sind.
6. Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 4· und 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Messen der von dem Kardangelenk auf das Unterwasserfahrzeug ausgeübten Kräfte aus Dehnungsmeß-Streifen bestehen, die auf den Auflageflächen der Lager angeordnet sind.
7. Unterwasserfahrzeug nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben einen veränderlichen Anstellwinkel haben, der automatisch so geändert wird, daß die Summe der von den Dehnungsmeßstreifen gelieferten Signale Null bleibt.
8. Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle der Schrauben des Hilfsantriebes hohl ist und daß das zur Verbindung dienende Kabel an einem Ende der Antriebswelle verankert ist.

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9. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 6, d a durch gekennzeichnet, daß jedes Lager an seinen Außenflächen drei Dehnungsmeßstreifen trägt, die in drei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet sind.

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