DE3634054A1

DE3634054A1 - Method for reducing the flow resistance of underwater running bodies and running bodies with reduced flow resistance

Info

Publication number: DE3634054A1
Application number: DE3634054A
Authority: DE
Inventors: Georg Bugiel; Peter Thoms
Original assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 2013-12-05
Also published as: SE8703852D0; IT2201387A1; GB8721525D0

Abstract

Ein Verfahren zum Verringern des Strömungswiderstandes von Unterwasser-Laufkörpern (11) und ein Laufkörper (11) mit verringertem Strömungswiderstand sollen dafür ausgelegt werden, mit einfacheren Mitteln eine Gasschicht (16) aufzubauen, die einen direkten Kontakt der Anströmung (14) des umgebenden Wassers (15) mit der Projektil-Außenmantelfläche (13) möglichst verhindert und dadurch Reibungsverluste reduziert. Dazu ist vorgesehen, die Gasschicht (16) unmittelbar aus der Wasser-Anströmung (14) zu gewinnen, indem diese entweder mit den heißen Verbrennungsgasen von auf der Mantelfläche (13) aufgebrachten Brandmassen-Beschichtungen (17), oder mit einem hydroaktiven Stoff (24) im Projektil-Kopfbereich (22) direkt zu energiereichem Gas wie vorzugsweise Wasserstoff, reagiert. Vorzugsweise ist die erzeugte Wasserdampf- oder Reaktionsgasmenge so ausgelegt, daß sie sich mit der Anströmung (14) entlang der Projektil-Mantelfläche (13) verlagert und hinter dem Projektil (11) zu einer Blasenansammlung (19) führt, die beispielsweise die hydroakustische Abstrahlung von hier austretenden Vortriebsgasen (21) bedämpft und abschirmt sowie im Frequenzspektrum beeinflußt, wodurch die Ortungs- und Klassifizierungsmöglichkeit des Laufkörpers (11) mittels einer Sonaranlage weiter reduziert wird.A method for reducing the flow resistance of underwater running bodies (11) and a running body (11) with reduced flow resistance should be designed to establish a gas layer (16) with simpler means, which makes direct contact of the flow (14) of the surrounding water ( 15) with the projectile outer lateral surface (13) as possible prevented and thereby reduces friction losses. For this purpose, the gas layer (16) is to be obtained directly from the water inflow (14) by applying these with either the hot combustion gases of fire mass coatings (17) applied to the lateral surface (13) or with a hydroactive substance (24 ) in the projectile head region (22) directly to high-energy gas such as preferably hydrogen, reacts. Preferably, the amount of steam or reaction gas generated is designed so that it moves with the flow (14) along the projectile lateral surface (13) and behind the projectile (11) leads to a bubble accumulation (19), for example, the hydroacoustic radiation of attenuated and shielded here and influenced in the frequency spectrum, whereby the locating and classification possibility of the running body (11) is further reduced by means of a sonar system here emerging propellant gases (21).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Laufkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a running body according to the preamble of claim 6.

Die gattungsbildenden Maßnahmen sind aus der US-PS 3 455 265 bekannt. Zur Verringerung der Oberflächenreibung an der Außenmantelfläche von angetriebenen oder nicht-angetriebenen Unterwasser-Laufkörpern ist dort vorgesehen, mittels eines eigens im Laufkörper zu installierenden Luftkompressors Gas im Kopfbereich des Laufkörpers austreten zu lassen. Dieses Gas soll sich zu einer Schicht auf der Außenmantelfläche des Laufkörpers ausbreiten, von der ein zusätzlicher Gleitfilm aus die Oberflächenspannung des umgebenden Wassers reduzierendem Material getragen werden soll. Dieses Material wird an Bord des Laufkörpers als Suspension mit Wasser vorbereitet und im Frontbereich des Laufkörpers vor den Gasdüsen ausgestoßen. Damit sind voluminöse und funktionskritische Aggregate an Bord des Laufkörpers für die Verringerung dessen Oberflächenwiderstandes in der Anströmung des umgebenden Wassers erforderlich, die konstruktiv aufwendig sind und den verfügbaren Raum für eine Antriebseinrichtung bzw. für die Nutzlast des Laufkörpers wesentlich verringern.The generic measures are from the U.S. Patent 3,455,265 known. To reduce the surface friction on the outer lateral surface of driven or non-driven underwater running bodies, it is provided there to allow gas to escape in the head region of the running body by means of an air compressor to be installed specifically in the running body. This gas is to spread to a layer on the outer circumferential surface of the running body, from which an additional sliding film of the surface tension of the surrounding water reducing material to be worn. This material is prepared aboard the running body as a suspension with water and ejected in front of the barrel body in front of the gas nozzles. This voluminous and critical functional units on board the running body for reducing the surface resistance in the flow of the surrounding water are required, which are structurally complex and significantly reduce the space available for a drive device or for the payload of the running body.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Laufkörper gattungsgemäßer Art anzugeben, bei denen sich mit einfacheren Mitteln eine Gasschicht zur besonders wirksamen Reduzierung des Strömungswiderstandes erzeugen läßt; wobei die Gasmenge bei geringem Materialeinsatz möglichst groß sein soll, um im Triebwerksbereich hinter dem Laufkörper nach Möglichkeit noch hydroakustisch wünschenswerte Wirkungen zu zeitigen.In recognition of these circumstances, the present invention seeks to provide a method and a running body generic type in which can be generated with simpler means a gas layer for particularly effective reduction of the flow resistance; wherein the amount of gas should be as large as possible with little use of material in order to produce hydroacoustically desirable effects in the engine area behind the running body as far as possible.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Verfahren gattungsgemäßer Art gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 und der Laufkörper gattungsgemäßer Art gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 6 ausgelegt sind.This object is achieved according to the invention essentially in that the method of the generic type according to the characterizing part of claim 1 and the running body generic type according to the characterizing part of claim 6 are designed.

Nach dieser Lösung erfolgt mit apparativ denkbar einfachen Mitteln die Bereitstellung großer und energiereicher Gasmengen durch Verdampfung der Wasser-Anströmung mittels der sehr heißen Verbrennungsgase einer Brandmasse, mit der zumindest Teile der Mantelfläche des Laufkörpers beschichtet sind, bzw. durch einen Gasgenerator in Form einer hydroaktiven Substanz, die mit dem anströmenden Wasser reagiert.After this solution is carried out with simple apparatus means of providing large and high-energy gas quantities by evaporation of the water flow by means of the very hot combustion gases of a fire mass with which at least parts of the lateral surface of the running body are coated, or by a gas generator in the form of a hydroactive substance , which reacts with the incoming water.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung von in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung.Additional alternatives and developments as well as further features and advantages of the invention will become apparent from the other claims and, also taking into account the comments in the summary, from the following description of the drawing in the drawing on the essentials strongly abstracted outlined preferred implementation examples of the invention.

Es zeigt:It shows:

1 einen Unterwasser-Laufkörper mit Brandmassen-Beschichtung auf seiner Außenmantelfläche in Seitenansicht
und 1 an underwater running body with fire mass coating on its outer circumferential surface in side view
and

2 in abgebrochener Darstellung die Kopfpartie eines Unterwasser-Laufkörpers mit einem Gasgenerator in Form eines hydroaktiven Stoffes. 2 in aborted representation, the head part of an underwater running body with a gas generator in the form of a hydroactive substance.

Der projektilförmige Unterwasser-Laufkörper 11 gemäß 1 ist mit einer Antriebseinrichtung 12 ausgestattet, bei der es sich um ein raketenförmiges Marschtriebwerk handeln kann. Bei gegebener Querschnittsgeometrie des Laufkörpers 11 und gegebener Antriebsleistung stellt sich in der Praxis eine maximal erreichbare Grenzgeschwindigkeit ein. Diese wird dadurch verursacht, daß an der Außenmantelfläche 13 Reibungsverluste für die Anströmung 14 des umgebenden Wassers 15 entstehen, deren hydrodynamischer Widerstand in erster Linie quadratisch mit der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laufkörper 11 und dem umgebenden Wasser 15 ansteigt.The projectile-shaped underwater running body 11 according to 1 is with a drive device 12 equipped, which may be a rocket-shaped cruise engine. For a given cross-sectional geometry of the running body 11 and given drive power sets in practice a maximum achievable limit speed. This is caused by the fact that on the outer circumferential surface 13 Friction losses for the flow 14 of the surrounding water 15 arise whose hydrodynamic resistance in the first place square with the relative speed between the running body 11 and the surrounding water 15 increases.

Um diese Reibungsverluste zu reduzieren, ist gemäß 1 vorgesehen, zwischen der Außenmantelfläche 13 und dem Wasser 15 eine Gasschicht 16 aufzubauen, die einen direkten Kontakt der Anströmung 14 mit der Außenmantelfläche 13 weitestgehend unterbindet. Die Gasschicht 16 ist im Beispielsfalle der 1 von einer heißen, mit dem umgebenden Wasser 15 reagierenden Grenzschicht hervorgerufen, die ihrerseits das Verbrennungsgas einer Wandungsbeschichtung 17 aus einer pyrotechnischen, auch im Wasser 15 anzündbaren und abbrennbaren Brandmasse ist. Diese Brandmassen-Beschichtung 17 kann aus einem Zündgerät 18, je nach dem angestrebten Bewegungsverlauf durch das Wasser 15, angesteckt werden. Vorzugsweise ist das Zündgerät 18 im vorderen Bereich des Laufkörpers 11 untergebracht, so daß sich die Verbrennungsgasentwicklung beim jeweiligen Zündvorgang mit der Anströmung 14 längs der Mantelfläche 13 des Laufkörpers 11 ausbreitet. Durch Gruppierung bzw. Bemessung von Brandmassen-Beschichtung 17 läßt sich die zeitliche und örtliche Volumenverteilung der heißen Brandgase und damit deren Reaktion mit dem umgebenden Wasser, also die Wasserdampfmenge den geometrischen Gegebenheiten des Laufkörpers 11 anpassen, um eine direkte Berührung der Anströmung 14 auch in balligen Längsschnittsbereichen, in denen es zu einer Strömungsverdichtung kommt, im Interesse der Widerstandsminimierung möglichst zu unterbinden.To reduce these friction losses is according to 1 provided, between the outer circumferential surface 13 and the water 15 a gas layer 16 build up a direct contact of the flow 14 with the outer circumferential surface 13 largely prevented. The gas layer 16 is in the example of the 1 from a hot, with the surrounding water 15 Reactive boundary layer caused, in turn, the combustion gas of a wall coating 17 from a pyrotechnic, even in the water 15 is flammable and combustible fire mass. This fire mass coating 17 can be from a ignitor 18 , depending on the desired course of movement through the water 15 to be infected. Preferably, the ignitor 18 in the front area of the running body 11 housed, so that the evolution of combustion gas in the respective ignition with the flow 14 along the lateral surface 13 of the running body 11 spreads. By grouping or dimensioning of fire mass coating 17 can be the temporal and spatial volume distribution of hot combustion gases and thus their reaction with the surrounding water, so the amount of water vapor the geometric conditions of the running body 11 adjust to a direct touch of the flow 14 also in crowned longitudinal section areas, in which there is a flow compression, in To minimize the interest of minimizing resistance as much as possible.

Als Brandmasse für die Beschichtung 17 eignen sich insbesondere alle pyrophoren Metalle oder Brandsätze auf Phosphor-Basis, also grundsätzlich alle ohne Sauerstoffzufuhr anzündbaren und verbrennbaren Brandmassen. Deren die angrenzenden Bereiche des Wassers 15 zu Wasserdampf umsetzenden Verbrennungsgase erbringen Temperaturen in der Größenordnung von 600°C und darüber. Die Brand-Beschichtung kann so gewählt werden, daß von ihr zusätzliche wünschenswerte Wirkungen bei Eindringen des Laufkörpers 11 in ein Zielobjekt hervorgerufen werden. Eine solche Wirkung ist beispielsweise das Anzünden des Sprengstoffes in einer mittels des Laufkörpers 11 beschossenen und aufgebrochenen Mine, die durch Deflagrieren ihrer Ladung vernichtet werden soll.As fire mass for the coating 17 In particular, all pyrophoric metals or incendiary phosphors are suitable, ie in principle all ignitable and combustible fire masses without oxygen supply. Whose the adjacent areas of the water 15 Combustion gases converting to steam provide temperatures of the order of 600 ° C and above. The fire coating can be chosen to give it additional desirable effects upon penetration of the barrel 11 into a target object. Such an effect is, for example, the ignition of the explosive in one by means of the running body 11 Bombed and broken mine to be destroyed by deflagration of their cargo.

Die Anströmung 14 verlagert die Gasschicht 16 in Form des vom Verbrennungsgas hervorgerufenen Wasserdampfes zum Heckbereich des Laufkörpers 11 hin, hinter dem dadurch eine Blasenansammlung 19 von Verbrennungsgas und Wasserdampf im Bereiche der heckseitigen Austrittsöffnung 20 der Antriebsabgase 21 nachgeschleppt wird. Das stellt eine hydroakustische Abschirmung des an sich sehr strahlungsintensiven Heckbereiches des Laufkörpers 11 dar, erbringt also eine wünschenswerte Veränderung der von der Antriebseinrichtung 12 ins Wasser 15 abgestrahlten Frequenzspektren sowie aufgrund von Schwingungsabsorptionserscheinungen eine wünschenswerte Abschirmung des schallabstrahlenden Triebwerksbereiches. Das ist unter anderem deshalb vorteilhaft, weil in den Laufkörper 11 integrierte Wasserschall-Sensoren dadurch weniger vom eigenen Triebwerksgeräusch gestört werden; und weil außerdem die Ortungs- und insbesondere auch Klassifizierungsmöglichkeit des angetriebenen Laufkörpers 11 (durch eine Such- und Verfolgungssonaranlage) durch diese Abschirmung und Beeinflussung des Antriebs-Frequenzspektrums spürbar beeinträchtigt wird.The flow 14 shifts the gas layer 16 in the form of the combustion gas caused by the water vapor to the rear of the running body 11 behind, through which a bubble accumulation 19 of combustion gas and water vapor in the areas of the rear outlet opening 20 the drive exhaust gases 21 is dragged. This provides a hydroacoustic shielding of the very radiation-intensive rear area of the running body 11 Thus, it provides a desirable change of the drive device 12 into the water 15 radiated frequency spectra and due to vibration absorption phenomena a desirable shielding of the sound emitting engine area. This is advantageous, inter alia, because in the running body 11 integrated waterborne sound sensors are less disturbed by their own engine noise; and because also the locating and in particular also classification possibility of the driven running body 11 (By a search and tracking sonar system) is significantly affected by this shielding and influencing the drive frequency spectrum.

Beim Ausführungsbeispiel nach 2 entsteht die reibungsvermindernde Gasschicht an der Außenmantelfläche 13 des Laufkörpers 11 nicht wie bei 1 mittels einer eigens hervorzurufenden gaserzeugenden Grenzschicht in Form der Verbrennungsgase der Brandmassen-Wandungsbeschichtung 17; vielmehr ist nach 2 die indirekt pyrotechnisch hervorgerufene Gasschicht 16 durch eine im Kopfbereich 22 des Laufkörpers 11 realisierte hydroaktive Gasquelle ersetzt. Als hydroaktiver Gasgenerator 23 kann einfach ein hydroaktiver Stoff 24 vorgesehen sein, der in einem Anströmkanal 25 von der Anströmung 14 des umgebenden Wassers 15 benetzt wird und dadurch Reaktionsgase in die Mantelfläche 13 mündende Verteilkanäle 26 liefert. Die aus diesen austretenden Reaktionsgase werden wieder von der Anströmung 14 längs der Mantelfläche 13 in Richtung zum Heck des Laufkörpers 11 verteilt, um möglichst über die gesamte Mantelfläche 13 eine direkte Berührung der Anströmung 14 mit dem Laufkörper 11 zur Widerstandsverringerung zu verhindern. Auch in diesem Falle stellt sich im Heckbereich wieder eine Blasenansammlung (in 2 nicht dargestellt) ein, die sowohl eine Schallabschirmung und -absorption wie auch eine Beeinflussung der Frequenzspektren hervorruft, die beim Triebwerksbetrieb von der Antriebseinrichtung des projektilförmigen Laufkörpers 11 hervorgerufen werden.According to the embodiment 2 The friction-reducing gas layer is formed on the outer circumferential surface 13 of the running body 11 not like at 1 by means of a gas-generating boundary layer to be specially produced in the form of the combustion gases of the fire mass wall coating 17 ; rather, it is after 2 the indirect pyrotechnic evoked gas layer 16 through one in the head area 22 of the running body 11 replaced hydroactive gas source replaced. As a hydroactive gas generator 23 can simply be a hydroactive substance 24 be provided, which in a flow channel 25 from the flow 14 of the surrounding water 15 is wetted and thereby reaction gases in the lateral surface 13 opening distribution channels 26 supplies. The reaction gases emerging from these are again from the flow 14 along the lateral surface 13 towards the rear of the running body 11 distributed over as possible over the entire lateral surface 13 a direct contact with the flow 14 with the running body 11 to prevent drag reduction. Also in this case, a bubble accumulation (in 2 not shown), which causes both a sound shielding and absorption as well as an influence of the frequency spectrums, which in the engine operation of the drive means of the projectile-shaped running body 11 be caused.

Als hydroaktiver Stoff 24 für den Gasgenerator 23 eignet sich insbesondere ein Metallhydrid wie Natriumboranat (NaBH₄), das große Reaktionsgasmengen hoher Energiedichte liefert, wenn bei der Beaufschlagung mit Wasser 15 aus dem Anströmkanal 25 ein saures Reagenz im Gasgenerator 23 zugegen ist. Das Reaktionsgas ist Wasserstoff, dessen für die Ausbildung der Gasschicht 16 verfügbares Volumen sich noch vergrößern läßt, wenn er vor oder bei Austritt aus den Kanälen 26 beispielsweise mit Salpetersäure verbrannt wird.As a hydroactive substance 24 for the gas generator 23 In particular, a metal hydride such as sodium borohydride (NaBH ₄ ), which provides large amounts of reactive gas high energy density, when charged with water 15 from the inflow channel 25 an acidic reagent in the gas generator 23 is present. The reaction gas is hydrogen, its for the formation of the gas layer 16 available volume can be increased even if he or before leaving the channels 26 is burned for example with nitric acid.

Die Bereitstellung der Gasschicht 16 nach 2 ist insofern derjenigen nach 1 vorzuziehen, als der Gasgenerator 23 mit einem gegenüber dem Einsatz einer Brandmassen-Beschichtung unkritischen hydroaktiven Stoff ausgestattet sein kann, so daß ein derartiger Laufkörper 11 eine größere Magazin- und Handhabungssicherheit gegenüber einem mit definierter Brandmassen-Beschichtung aufweist.The provision of the gas layer 16 to 2 is in that respect the one after 1 preferable to the gas generator 23 may be equipped with a non-critical to the use of a fire mass coating hydroactive substance, so that such a running body 11 has a greater magazine and handling security over one with a defined fire mass coating.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3,455,265 [0002]

Claims

A method for reducing the flow resistance of the lateral surface of a circulating underwater running body by distributing a gas layer over the lateral surface, characterized in that relative to the running body inflowing water is converted into a volume and high energy reaction gas mass.

A method according to claim 1, characterized in that by means of the combustion gases of fire masses, with which the running-body lateral surface is coated, adjacent layers of the inflowing water are evaporated.

A method according to claim 2, characterized in that regionally different amounts of steam are obtained in accordance with the longitudinal section geometry of the running body by different fire masses or their different coating.

A method according to claim 1, characterized in that a hydroactive substance is reacted with water flowing relative to the running body.

A method according to claim 4, characterized in that hydrogen is obtained from the reaction of a metal hydride with an acidic reagent and the inflowing water.

Underwater running body ( 11 ) with a device for generating a gas layer ( 16 ) on its lateral surface ( 13 ) for reducing the flow resistance of a water flow ( 14 ), characterized in that an inflowing water ( 15 ) is provided, gas-emitting device is provided.

Running body according to claim 6, characterized in that its lateral surface ( 13 ) at least partially with a coating ( 17 ) is equipped with fire mass.

Running body according to claim 7, characterized in that the fire mass coating ( 17 ) along the lateral surface ( 13 ) is locally designed differently.

Running body according to claim 6, characterized in that in its head area ( 22 ) a gas generator ( 23 ) with hydroactive substance ( 24 ) is provided.

Running body according to claim 9, characterized in that the gas generator ( 23 ) in the region of a flow channel ( 25 ) is trained.