DE3743798A1 - Ueberwasserfahrzeug, insbesondere fuer militaerische zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwasserfahrzeug, insbeson­ dere für militärische Zwecke nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Da Überwasserschiffe in der Regel wärmer sind als die Umgebung, können sie mit Hilfe von Infrarotsensoren geortet werden. Die heißen Abgase von Dampfkessel, Motoren, Gasturbinen usw. verur­ sachen in ihrer Umgebung eine starke Erwärmung, wodurch ein Über­ wasserschiff durch Infrarot gut erfaßt werden kann, wenn nicht entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden. die Maschinenräume auf militärischen Schiffen sind normalerweise wesentlich kleiner als bei zivilen Schiffen, so daß ortbare Außenflächen des Schiffs­ körpers bzw. der Aufbauten eine hohe Temperatur annehmen können. Bei herkömmlichen Überwasserfahrzeugen, auch bei solchen militärischer Art, werden die Abgasrohre nach oben geführt, üblicherweise innerhalb eines Schornsteinmantels, eines Mastes, einer Antenne oder dergleichen. Die Abgase haben bei ihrem Eintritt in die Atmosphäre noch eine rela­ tiv hohe Temperatur, so daß die Abgasleitung heiß ist. Sie bildet einen sogenannten schwarzen Strahler, der besonders leicht durch Infrarotsensoren geortet werden kann.

Es ist bekannt, eine Abgaskühlung durch Einspritzen von Seewasser in die Abgasleitung herbeizuführen (DE-OS 24 47 295). Es ist auch bekannt, die Innenflächen von Abgasrohren mittels Seewasser zu kühlen. Die bekannten Kühlmaßnahmen werden zumeist nur bei akuter Gefahr durch­ geführt. Hierunter versteht man Zeiten erhöhter Infrarot- Gefährdung. Die Wassereinspritzung in die heißen Abgase verursacht jedoch lästige Nebenwirkungen wie zum Beispiel Niederschlag von schmutzigen und/oder korrosiven Rußlösun­ gen, oder ein Versalzen der Abgasaustritte.

Es ist auch bekanntgeworden, die heißeren Stellen ("hot spots") zu isolieren oder konstruktive Änderungen an Schornsteinen und anderen Abgasleitungen vorzunehmen, um die Infraroterfaßbarkeit zu reduzieren. Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Einrichtungen, insbesondere bei hohen Antriebsleistungen, wie sie bei militärischen Wasser­ fahrzeugen anzutreffen sind, weder in konstruktiver noch in betriebstechnischer Hinsicht zufriedenstellende Lösungen darstellen. Die konstruktiven Maßnahmen, aber auch die Abgaskühler führen zu einer Erhöhung des Leistungsgewichts des Wasserfahrzeugs und auch des Bauvolumens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwasser­ fahrzeug, insbesondere für militärische Zwecke zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln und ohne lästige Nebenwir­ kungen die Infraroterfaßbarkeit ständig verringert wird. Diese Aufgabe wird durch das Merkmal des Kennzeichnungs­ teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Überwasserfahrzeug ist mindestens ein Abgaskanal zumindest über einen Teil seiner Länge so angeordnet und geführt, daß er in wärmeaustauschender Be­ ziehung zur Außenhaut steht, und zwar in einem zumindest teilweise unter der Wasserlinie liegenden Bereich der Außenhaut. Die Außenhaut liegt wegen ihrer guten Wärme­ leitfähigkeit annähernd auf der Temperatur des Wassers. Da das Wasser normalerweise eine Temperatur hat, die beträcht­ lich unter der Abgastemperatur liegt, wird das Abgas über den auf Konvektion beruhenden Wärmeaustauscheffekt erheb­ lich in seiner Temperatur herabgesetzt. Die Strahlungsinten­ sität eines Körpers nimmt nach dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz bekanntlich mit der vierten Potenz zu. Eine schon geringfügige Verringerung der Abgastemperatur vermindert daher den Warmekontrast zur Umgebung und damit die Erfaß­ barkeit des Schiffes über Infrarotsensoren.

Bei der erfindungsgemäßen Abgasführung kann ein einziger Abgaskanal in Wärmeaustausch mit der Außenhaut stehen, es kann jedoch auch eine Reihe von Abgaskanälen vorgesehen werden, die im Kimm- und/oder dem Kielbereich angeordnet sind. Sie werden vorzugsweise über einen Abgasverteiler mit der vom Antriebsaggregat kommenden Abgasleitung ver­ bunden. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Abgaskanal von einem offenen Profil gebildet ist, das an der Außenhaut dichtend angebracht ist und mit diesem einen geschlossenen Strömungskanal bildet. Als Profil kommt zum Beispiel ein U-Profil, ein Hutprofil, ein Halbrundprofil oder derglei­ chen in Frage. Neben der optimalen Nutzung der Schiffs­ außenhaut als Wärmeaustauscherfläche kann auf diese Weise eine Verbesserung der Längsfestigkeit des Schiffskörpers erzielt werden bzw. die Festigkeitsverbesserung durch die an der Außenhaut angebrachten Abgaskanäle können bei der Festigkeitsberechnung des Schiffskörpers berücksichtigt werden.

Häufig wird die Außenhaut durch kastenförmige Profile ver­ steift. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Abgaskanal von einem kastenförmigen Versteifungsprofil der Außenhaut im Kimm- und/oder Kielbereich gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird eine gegebene Konstruktion ausgenutzt, um mit der auf niedriger Temperatur liegenden Schiffsaußenhaut eine Abgaskühlung vorzunehmen.

Es ist zwar denkbar, das im Abgaskanal durch die Außenhaut gekühlte Abgas oberhalb des Schiffes ausströmen zu lassen. Vorteilhaft ist es hingegen, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung der Auslaß des Abgaskanals unter Wasser liegt. Er kann im Auslaßbereich mit einem Rückschlagventil und/oder einem Syphon versehen werden.

Bei mit Gasturbinen angetriebenen Schiffen ist es wünschens­ wert, daß der Brennstoff eine möglichst hohe Temperatur aufweist. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die zwischen dem Antriebsaggregat und dem Abgaskanal lie­ gende Abgasleitung durch einen eine Flüssigkeit aufnehmen­ den Tank, Behälter oder dergleichen geführt ist. Der Tank kann beispielsweise ein Brennstofftank sein, der durch die relativ heißen Abgase erwärmt wird. Auf diese Weise kann jedoch auch das Erwärmen von Wasser bewerkstelligt werden, wenn die Abgasleitung durch einen Wassertank geführt ist. Alternativ kann die Abgasleitung auch einem Wärmeaustau­ scher zugeordnet sein, um die Wärmerückgewinnung der Ab­ gaswärme für andere Zwecke nutzbar zu machen. Die beschrie­ bene Wärmerückgewinnung führt naturgemäß auch zu einer Abkühlung des Abgases.

Die Anordnung eines oder mehrerer Abgaskanäle auf der Innenseite der Außenhaut führt naturgemäß zu einer Erwär­ mung im Schiffsinneren in der Nähe der Abgaskanäle. In vielen Fällen wird diese Erwärmung nicht erwünscht. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, daß dem Ab­ gaskanal eine Wärmedämmung zugeordnet ist. Sie kann zum Beispiel darin bestehen, daß die Abgaskanäle mit einer wärmedämmenden Schicht umkleidet werden. Sie kann auch darin bestehen, daß sämtliche Abgaskanäle durch eine plattenartige Abdeckung gegenüber dem Schiffsinneren iso­ liert werden.

Ein Schiff stellt auch eine Geräuschquelle dar, die mit entsprechenden akustischen Ortungsmitteln geortet werden kann. Es ist bekannt durch Erzeugung eines Blasenschleiers im Propellerbereich oder auf der Außenseite der Außenhaut die sogenannte akustische Gefährdungstiefe bei militäri­ schen Wasserfahrzeugen zu verringern. Zu diesem Zweck sind im Propeller und/oder in der Außenhaut eine Reihe von Gas­ austrittsöffnungen vorgesehen, die im Gefährdungsfall an eine Druckluftquelle angeschlossen werden. Das beschriebene System ist verhältnismäßig wirksam, hat jedoch den Nach­ teil, daß große Luftmengen benötigt werden. Erfindungs­ gemäß sind die Gasaustrittsöffnungen an den Abgaskanal angeschlossen, vorzugsweise über eine zum Abgaskanal füh­ rende Abzweigleitung. In der Abzweigleitung kann ein Ver­ schlußorgan angeordnet sein, das nur im Gefährdungsfall geöffnet wird, damit zumindest ein Teil des Abgases über die Gasaustrittsöffnungen ausströmen kann. Der Abgasdruck ist verhältnismäßig niedrig. Es kann daher zweckmäßig sein, an den Abzweigkanal auch eine Druckluftquelle anzuschließen. Auf diese Weise strömt ein Luft-Abgas-Gemisch durch die Gasaustrittsöffnungen, um den Blasenschleier zu erzeugen. Die Druckluft kann zum Beispiel über eine Strahlerdüse eingetragen werden. Selbst bei Verwendung von Druckluft ist jedoch die hierfür benötigte Menge weitaus geringer als bei den herkömmlichen Systemen, die ausschließlich Druckluft verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Teil eines Schiffes mit der erfindungsgemäßen Abgasfüh­ rung.

Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1 durch ein­ zelne Abgaskanäle.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Abgasführung nach Fig. 1 in Richtung Pfeil 3.

Fig. 4 zeigt schematisch in Seitenansicht eine erfindungs­ gemäße Abgasführung.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Abgas­ führung in einem Schnitt durch einen Teil eines Schiffes.

Fig. 6 zeigt eine weitere Einzelheit in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Abgasführung als Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 7 entlang der Linie 6-6.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der Abgasführung nach Fig. 6 in Richtung des Pfeils 7.

Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten näher eingegangen wird, sei vorangestellt, daß jedes der beschriebenen Merkmale für sich oder in Verbindung mit Merkmalen der Ansprüche von erfindungswesentlicher Bedeu­ tung ist.

In den Fig. 1 bis 3 ist im Umriß ein Schiff 10 angedeu­ tet, auf dessen Aufbau im einzelnen nicht eingegangen werden soll. Vorzugsweise handelt es sich um ein militäri­ sches Schiff. Im Maschinenraum 11 des Schiffes 10 ist ein Dieselmotor 12 angeordnet. Seine nach oben führende, zwei­ mal um 90° gekrümmte Abgasleitung 13 ist mit einem Abgas­ verteiler 14 verbunden, der nahe der Außenhaut 15 ange­ ordnet ist. Unterhalb der Wasserlinie WL ist an der Innen­ seite der Außenhaut 15 eine Reihe von U-Profilen 16 an der Außenhaut abdichtend befestigt, wodurch Strömungskanäle 17 gebildet sind, im vorliegenden Fall nach Fig. 1 und 3 fünf und nach Fig. 2 sechs. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß einige Profile 18 im Schnitt halbkreisförmig sind. Sie bilden ebenfalls Strömungskanäle 16. An einem Ende sind die Strömungskanäle 16 über zum Verteiler 14 führende Stutzen 19 mit dem Verteiler 14 verbunden. Am anderen Ende führen sie zu einer Auslaßleitung 20 (Fig. 4). In Fig. 4 ist nur ein einziges Profil 16′ dargestellt, das ähnlich wie die Profile 16 dichtend an der Außenhaut 15 angebracht ist. Die Austrittsleitung 20 enthält einen Syphon 21, des­ sen Auslaßöffnung 22 unterhalb der Wasserlinie WL liegt.

Durch Konvektion wird das durch die Strömungskanäle 17 fließende Abgas an der Außenhaut 15 gekühlt, die annähernd die Temperatur des Wassers aufweist. Dadurch wird die Aus­ gangstemperatur des unter Wasser austretenden Abgases er­ heblich herabgesetzt auf einen Wert, durch den die Infra­ rot-Erkennbarkeit des Schiffes nicht mehr wesentlich durch die Brennkraftmaschine beeinflußt ist.

Es sei noch erwähnt, daß in der Abgasleitung 13 ein Schalldämpfer 22 angeordnet ist und daß die dem Schiffs­ inneren zugekehrten Seiten der Profile 16, 16′ durch eine wärmedämmende Schicht 23 isoliert sind.

Man erkennt aus den Darstellungen nach den Fig. 1 und 2, daß die Profile 16, 18 und 16′ die Längsfestigkeit des Schiffes erhöhen können, wenn sie fest mit der Schiffshaut verbunden sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Silhouette eines Schiffs 30 angedeutet, dessen Außenhaut 31 an der Innenseite durch kastenförmige Profile 32 und 33 versteift ist. Die im Kimm- und Kielbereich liegenden Profile 32, 33 (andere sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt) dienen als Strömungskanäle 34, 35 und sind mit einer Abgas­ leitung 36 bzw. 37 verbunden, die vom Dieselmotor 38 kommt, der annähernd mittschiffs im Maschinenraum 39 aufgestellt ist. In der Abgasleitung 36 ist ein Schalldämpfer 40 ange­ ordnet. Am anderen Ende sind die Kanäle 34, 35 in der in Fig. 4 dargestellten Art und Weise mit einer Abgasleitung am Heck des Schiffes 30 verbunden, deren Austrittsöffnung ebenfalls unter Wasser liegt.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 ist äußerst schemahaft ein Schiff 60 angedeutet, das unterhalb der Wasserlinie WL an der Innenseite der Außenhaut 61 ein Profil 62 aufweist zur Bildung eines Strömungskanals 63. An dem dem Maschinenraum 69 zugekehrten Ende ist er mit einer Abgasleitung 66 verbunden. Am anderen Ende ist eine Abgasleitung 64 vorgesehen, die einen Syphon 65 aufweist, dessen Auslaßöffnung unterhalb der Wasserlinie liegt. Wie aus Fig. 7 zu erkennen, ist am maschinenraumseitigen Ende eine Abzweigleitung 70 mit dem Strömungskanal 63 verbunden.

Sie steht in Verbindung mit einem Strömungskanal 71, der von einem Profil 72 gebildet ist, das ähnlich wie bei den oben beschriebenen Abgaskanälen dichtend und fest mit der Außenhaut 61 verbunden ist. Die Außenhaut 61 weist im Be­ reich des Strömungskanals 71 eine Reihe kleiner Austritts­ öffnungen 74 auf. In der Abzweigleitung 70 ist ein Ver­ schlußorgan 75 angeordnet, und im Strömungskanal 71 ist im Verbindungsbereich mit der Abzweigleitung 70 eine Strahler­ düse 76 angeordnet. Sie steht in Verbindung mit einer Druckluftleitung 77, die mit einer Druckluftquelle verbun­ den ist. Ist das Absperrorgan 75 geöffnet, tritt ein Teil des Abgases in den Strömungskanal 71 und über die Öffnun­ gen 74 aus und erzeugt auf diese Weise einen Perlschleier 78, durch den die akustische Ortbarkeit vermindert wird. Zur Erhöhung des Drucks in dem Strömungskanal 71 wird die Druckluft verwendet, die über die Strahlerdüse 76 in den Strömungskanal 71 eingetragen wird.

Wie erkennbar, ist die beschriebene Abgasführung nicht auf Dieselmotoren beschränkt, sondern kann für alle mit Brenn­ stoff betriebenen Antriebsaggregate verwendet werden. Es kann darüber hinaus ein Wärmetauscher mit der Abgasleitung verbunden werden oder, als Alternative, die Ausnutzung der Wärmeenergie in der Abgasleitung durch das Hindurchführen durch einen Tank, dessen Flüssigkeit erwärmt werden soll.

Claims (14)

1. Überwasserfahrzeug, insbesondere für militärische Zwecke, dessen Vortriebsaggregat, vorzugsweise Propeller, von mindestens einem mit Brennstoff betriebenen Antriebs­ aggregat im Körper des Wasserfahrzeugs angetrieben ist, mit einer Abgaseinrichtung, durch welche die Abgase des Antriebsaggregats außerhalb des Fahrzeugkörpers geleitet werden, und einer der Abgaseinrichtung zugeordneten Kühlvorrichtung zur Kühlung der Abgase, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Abgaskanal (17, 34, 35) zumindest über einen Teil seiner Länge im Wärmeaus­ tausch mit der zumindest teilweise unter der Wasser­ linie (WL) liegenden Außenhaut (15, 31) des Wasserfahr­ zeugs steht.

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Abgaskanälen (17) vorgesehen ist, die über einen Abgasverteiler (14) mit der vom Antriebs­ aggregat (12) kommenden Abgasleitung (13) angeschlossen sind.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abgaskanal (17, 34, 35) von einem offenen Profil (16, 18, 16′, 32, 33) gebildet ist, das an der Außenhaut (15, 31) dichtend angebracht ist und mit diesem einen geschlossenen Strömungskanal bildet.

4. Wasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein U-Profil, ein Hutprofil, ein Halbrundprofil oder dergleichen vorgesehen ist.

5. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (34, 35) von einem kastenförmigen Versteifungsprofil (32, 33) der Außenhaut (31) im Kimm- und/oder Kielbereich gebildet ist.

6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auslaß (22) des Abgaskanals unter Wasser liegt.

7. Wasserfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaßbereich ein Rückschlagventil und/oder ein Syphon (21) angeordnet ist.

8. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmedämmung (23) auf der dem Fahrzeuginneren zugekehrten Seite des Abgaskanals ange­ ordnet ist.

9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen dem Antriebsaggregat und dem Abgaskanal liegende Abgasleitung durch einen eine Flüssigkeit aufnehmenden Tank, Behälter oder der­ gleichen geführt ist.

10. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Antriebsaggregat und dem Abgaskanal liegenden Abgasleitung ein Wärme­ austauscher angeordnet ist.

11. Wasserfahrzeug, bei dem der Propeller und/oder die Außenhaut unterhalb der Wasserlinie eine Reihe von vorzugsweise mit Rückschlagventilen versehenen Gasaus­ trittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (63) mit den Gasaustrittsöffnungen (74) verbunden ist.

12. Wasserfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Abgaskanal (63) verbundene Abzweig­ leitung (70) mit den Gasaustrittsöffnungen (74) ver­ bunden ist.

13. Wasserfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung (70) auch an eine Druckluft­ quelle anschließbar ist.

14. Wasserfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft über eine Strahlerdüse (76) in die Abzweigleitung (76) einführbar ist.