DE3835877C2 - Lenkbarer Unterwasser-Laufkörper - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist der lenkbare Unterwas­ ser-Laufkörper gemäß dem Patentanspruch.

Bei der aus der DE-PS 1 21 083 bekannten Einrichtung zum Steuern von elektromotorisch angetriebenen Torpedos und dergleichen können die dort vorgesehenen Steuerungsmechanismen von der sel­ ben Kraftquelle aus bewegt werden, welche auch zur Fortbewegung des ganzen Torpedos dient (während bis dahin zu diesem Zweck ein oder mehrere besondere Motore angewandt wurden). Das wird dort durch vom Hauptmotor angetriebene Schnecken erreicht, die beständig rotieren und zum Zwecke der Steuerung beispielsweise eine Kupplung ausrücken, welche die Propellerwellen mit der Mo­ torwelle verbindet, so daß sich dann nur noch einer beider Pro­ peller dreht und dadurch den Torpedo nach der einen Seite lenkt. Ferner können diese Schnecken entweder in der einen oder in der anderen Drehrichtung mit einem um eine horizontale Achse beweglichen Steuerruder verbunden werden, um den Tiefgang des Torpedos zu regulieren. Dadurch wird der Aufwand für separate Motore vermieden, und infolge Einsatz nur eines einzigen Motors treten auch keine Gleichlaufprobleme beim Antrieb der Propeller auf.

Th. Vieweg stellt in seinem Aufsatz "Hummel-Hummel oder die Technik der Schraubensteuerung", erschienen in der deutschen Zeitschrift MODELL (Heft 2/1962 Seiten 55/56), dar, daß sich auch mit Modellschiffen wirkliches Manövrieren nur über Ruder- und Maschinenkommandos ausführen läßt, wie auch größere Schiffe nicht nur mit dem Ruder, sondern auch über die Maschinen manö­ vriert werden können. Das Grundprinzip der Steuerwirkung über zwei von je einem Motor angetriebenen Schrauben, die geneigt und versetzt gegenüber der Boots-Längsachse nebeneinander wir­ ken, wird anhand von Relaisschaltungen für die Motorsteuerung erläutert - allerdings mit dem Vorbehalt, daß zur wirklichen echten Manövrierbarkeit später wieder das Ruder hinzukommen wird.

Das aus der US-PS 1 372 295 bekannte Torpedo-Propellerpaar weist die Besonderheit je eines in seiner Drehebene verschwenk­ baren Propellerblattes auf, welches erst nach Verlassen des Torpedorohres bzw. nach dem Eintauchen ins Wasser in seine überkalibrige Wirkstellung ausgeschwenkt wird. Davon verspricht man sich beim Zweischrauben-Torpedoantrieb (zur Vermeidung ei­ ner Kielkonstruktion gegen Rollreaktionen auf einen Einschrau­ ben-Torpedoantrieb) den Vorteil, daß die Schrauben auch im un­ gestörten Wasser, nämlich in größerem Abstand vom Querschnitt des Torpedos, arbeiten können. Dessen Längsachse verläuft durch die Mitte einer quer dazu gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Schrauben.

Ein im Querschnitt ovaler Torpedo wird gemäß der US-PS 1 308 181 mit zwei über ein Getriebe aus der selben Antriebseinrich­ tung betriebenen Schrauben vorbewegt, die möglichst weit von­ einander und damit von der Torpedo-Längsachse in Richtung des längeren Torpedo-Querschnittsdurchmessers gegeneinander ver­ setzt sind, damit die Schraubenblätter möglichst jenseits einer hinter dem Torpedo-Heck entstehenden Kavitationsblase in die ungestörte Wassermasse eingreifen, so daß eine ungestörte Rich­ tungssteuerung des Torpedolaufes über die herkömmlichen Ruder gewährleistet ist. Nachteilig für das Steuerungsverhalten eines Torpedos mit solchem nicht-runden Querschnitt ist aber insbe­ sondere, daß diese Querschnittsform unterschiedliche Trägheits­ momente in Nick- und in Gier-Richtung zur Folge hat, was das Lenkverhalten des Torpedos beeinträchtigt.

Bei den "Torpedominen - System Lyon" der Siemens-Schuckertwerke GmbH, Kriegs- und Schiffbautechnische Abteilung, Siemensstadt bei Berlin, handelte es sich um Schwimm-Minen, die sich ähnlich wie ein Torpedo durch ein Lancierrohr ausstoßen lassen und sich danach selbsttätig in bestimmter einstellbarer Tiefe, örtlich begrenzt, unter dem Meeresspiegel bewegen. Für das hydrosta­ tisch und über ein Uhrwerk gesteuerte aber nicht manövrierende Pendeln in einer Tiefe von etwa zwei bis drei Metern unter dem Meeresspiegel besitzt eine solche Torpedomine einen elektromo­ torisch angetriebenen Propeller, dessen fast vollkalibrig be­ messenen Propellerblätter sich in einem aus vier schmalen Ei­ senbändern bestehenden, aber im übrigen seitlich und nach rückwärts völlig offenen, Schutzkäfig am Heck des Minenkörpers dre­ hen.

Aus der US-PS 4 274 333 ist ein selbststeuernder Laufkörper nach Art einer zielsuchenden Auftriebs-Mine bekannt, die von einem Grundanker gehalten und erst freigegeben wird, wenn sie ein Zielobjekt geortet hat. Nach der Freigabe erfolgt im Zuge der hydrostatischen Aufstiegsbewegung, gesteuert über Nick- und Gier-Ruderflächen am Laufkörper-Heck, eine Annäherung im Wege der Proportionalnavigation.

Nachteilig bei all diesen vorbekannten torpedoartigen Laufkör­ pern und Minen ist, daß für ausreichende Wirkung im Zielobjekt eine sehr große Sprengstoffmasse in dessen Nähe verbracht wer­ den muß, damit eine ausreichende Wasserschlag-Wirkung im Ziel­ objekt hervorgerufen wird. Hinreichende Wirkung im Ziel mit da­ gegen stark verringerter Gefechtskopf-Masse ist dagegen bereits erzielbar, wenn gemäß dem Konzept nach der DE-OS 33 29 700 vom klassischen Minen- und Torpedoprinzip abgegangen und ein Unterwasser-Laufkörper eingesetzt wird, der nach Art eines Ge­ schosses mit seiner Gefechtsladung unmittelbar in das Zielob­ jekt eindringt. Das Wirkprinzip beruht darauf, von einer am Meeresgrunde aufgerichteten Art Minenstuhl mit federbelastet, aus schwenkbaren Stützbeinen aus bei Erscheinen eine potentiellen Zielobjektes in Wirkkörper-Längsrichtung voraus den Wirkkörper dadurch abzuheben und in Längsrichtung richtungsstabil zu beschleunigen, daß ein Treibsatz hinter dem Wirkkörper-Heck gezündet wird. Dessen Reaktionsgasvolumen wird von der umgebenen Wassermasse zu einer Gasblase dynamisch verdämmt, die sich vorwiegend in Richtung auf das Projektil aufweitet und dadurch dieses in Längsrichtung geschoßartig beschleunigt. Die Trefferwahrscheinlichkeit bei einem derartigen nicht-lenkbaren Unterwasserprojektil erfüllt jedoch hinsichtlich bestimmter Zielklassen und Einsatztiefen noch nicht alle Ansprüche, die an eine solche neuartige Waffe gestellt werden.

Der Erfindung liegt deshalb das technische Problem zugrunde, einen Laufkörper zu schaffen, der die Vorteile des lenkbaren Torpedos mit den Vorteilen der geringen erforderlichen Ge­ fechtskopf-Masse eines Unterwasser-Einschlagprojektils verbin­ det und trotz guter Manövrierbarkeit nicht des apparativen Steuerungsaufwandes wie im Falle der Betätigung von Tor­ pedo-Steuerrudern zur freien Manövrierbarkeit durch das Wasser bedarf. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Teilmerkmale des Patentanspruches gelöst.

Nach dieser Lösung ist der Laufkörper mit drei an den Ecken ei­ nes regelmäßigen Querschnitts-Dreiecks hinter dem Laufkör­ per-Heckbereich gelegenen Antriebs-Drehschrauben ausgestattet. Deren Vortriebsleistung ist durch Drehzahländerung und/oder durch Änderung der Propellerblatt-Neigungen relativ zueinander variierbar. Dadurch läßt sich ohne zusätzliches Erfordernis von Ruder-Stelleinrichtungen über diese Antriebsschrauben das ge­ rade wirksame Nick- und Giermoment in Bezug auf die Laufkör­ per-Längsachse zur feinfühligen Kurskorrektur beim freien Manö­ vrieren im Unterwasser-Raum beeinflussen. Damit kann anstelle des Direktschusses die übliche Zielverfolgung beispielsweise gemäß vorgegebenen Laufbahn-Typen wie modifizierten Kollisions­ kurs-Zielannäherungsbahnen gesteuert werden, wie sie etwa in der GB-PS 1 605 007 oder in der US-PS 4 323 025 als solche nä­ her erläutert sind. Gegenüber der unkorrigierten linearen Lauf­ bahn einer solchen Projektilmine ergibt sich durch die raum­ freie Schrauben-Manövrierung ohne zusätzlichen Aufwand für Ru­ dersteuerungen eine gesteigerte Trefferwahrscheinlichkeit. Die Startgegebenheiten eines derartigen, erfindungsgemäßen Mehr­ schrauben-Lenklaufkörpers sind dabei apparativ besonders ein­ fach dadurch realisierbar, daß - wie als solches von der Ver­ bringung herkömmlicher Torpedos bekannt - über eine Ver­ zögerungsschaltung gewährleistet wird, daß der Drehschrau­ ben-Antrieb nicht sofort in Funktion gesetzt wird, sondern erst dann, wenn die Schrauben vom Wasser umströmt sind, das durch die Seitenwand-Flutschlitze in den Strömungstopf am Lenkkör­ per-Heck und damit in den Strömungspfad durch die Schrauben­ blätter hindurch eintritt, sobald der Heckbereich nach Freigabe aus der Abdichtung des Startgerätes in das umgebene Wasser aus­ getreten ist. Durch dann aufklappbare Heck-Stabili­ sierungsflossen kann das Laufverhalten des Laufkörpers verbes­ sert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisie­ rungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung.

Es zeigt:

Fig. 1 im Axial-Längsschnitt bei abgebrochener Darstellung einen erfindungsgemäß ausgestalteten Unterwasser-Lauf­ körper in seinem Startgerät und

Fig. 2 in abgebrochener Ansicht von schräg rückwärts den gestarteten Unterwasser-Laufkörper.

Der in der Zeichnung skizzierte gelenkte Unterwasser-Laufkörper 11 befindet sich in einem Startgerät 12 in Funktionsbereitschaft, das beispielsweise auf dem Meeresgrund abgesetzt oder - mit Auftriebsein­ richtungen versehen - verankert ist oder aber unter Wasser an einem Trägerfahrzeug angeordnet ist. Das Startgerät 12 stellt im wesentlichen ein topfartiges Gehäuse 13 dar, das den Heckbereich 14 des Laufkörpers 11 unter Eingriff in umlaufenden Abdichtungen 15 aufnimmt. Der Heck­ bereich 14 weist einen gegenüber der Laufkörper-Hülle 16 verjüngten rückwärtigen Strömungstopf 17 auf. Im Ringspalt 18 zwischen dem Strömungstopf 17 und der Gehäuse-Innenmantelfläche 19 ist ein Be­ schleunigungs-Kraftelement 20, dargestellt als vorgespannte Zylinder­ feder 21, parallel zur Laufkörper-Längsachse 22 zwischen dem Start­ gehäuse-Boden 23 und dem Laufkörper-Heckbereich 14 eingespannt, der über eine beispielsweise pyrotechnisch auslösbare Verriegelung 24 formschlüssig aber lösbar am Startgerät 12 festgelegt ist.

Ein am Startgerät 12 außerhalb des Laufkörpers 11 angeordneter Ziel­ klassifikations-Sensor 25 reagiert auf die Annäherung eines zu be­ kämpfenden Zielobjektes (in der Zeichnung nicht berücksichtigt) und löst dann die Verriegelung 24, so daß der Laufkörper 11 von der vorgespannten Zylinderfeder 21 aus der oberen Öffnung des Startgerät- Gehäuses 13 achsparallel herausgestoßen werden kann.

Ein Startbeschleinigungs-Sensor 26 entriegelt bisher an die Peripherie der Laufkörper-Hülle 16 herangeklappte flügelartige Flossen 27, die sich dadurch - strömungsbedingt und/oder unter Einwirkung einer Aufricht-Schenkelfeder, in der Zeichnung nicht berücksichtigt - etwa radial ausstellen (in Fig. 1 gestrichelt angedeutet), um eine achsparallele Laufbahn-Stabilisierung des Laufkörpers 11 im Wasser zu fördern.

Nach dem Austritt des Heckbereiches 14 des gestarteten Laufkörpers 11 aus den Startgehäuse-Abdichtungen 15 dringt Wasser 28 aus der Umgebung vor dem Startgerüst 12 durch Flutschlitze 29 in der Außen­ wandung 30 des Strömungstopfes 18 hinter dem Laufkörper-Heckbereich 14 in diesen Strömungstopf 18 ein, um etwa parallel zur Laufkörper-Längs­ achse 22 durch Öffnungen 31 im Strömungstopf-Boden 32 wieder auszutreten. Dadurch sind die vor diesen Boden-Öffnungen 31 oder in diesen gelegenen Antriebs-Drehschrauben 33 von Wasser umspült und unter Umständen sogar bereits in Betriebsrichtung in Umdrehung versetzt. Der aktive Betrieb der Antriebsschrauben 33 kann nun einsetzen, da jetzt keine Gefahr mehr besteht, daß sie in Luft (also praktisch widerstands­ frei) eine Über-Beschleunigung und kurz danach eine Schockbeanspruchung, auf Grund des dann erst einströmenden Wassers 28, erfahren. Eine beispielsweise durch den Beschleunigungssensor 26 initiierte Zeit­ schaltung 34, die nunmehr abläuft, kann deshalb dann die Schrauben-An­ triebsmotore 35 starten, bei denen es sich etwa um Elektromotore, um Gasturbinen oder um Hydraulikmotore einschließlich der Unter­ setzungsgetriebe handeln kann. Die Drehzahl der Schraubenwellen 36 wird auf Arbeits-Nennvortrieb wo hochgefahren, wofür z. B. der jeweilige Drehzahl-Istwert i von einem Tachogenerator 37 ermittelt und an eine Mehrfach-Drehzahlstelleinheit 38 übermittelt wird. Der Laufkörper 11 bewegt sich parallel zu seiner Längsachse 22, wenn die bei gleicher strömungsdynamischer Auslegung an den Ecken eines mindestens dreiseitigen Querschnitts-Vieleckes, durch dessen Mittelpunkt die Laufkörper-Längsachse 22 orthogonal verläuft, mit gleichem Vor­ schub (gleicher Drehzahl und/oder gleicher Schraubenblattneigung) betrieben werden.

Ein Zielsuchsensor 39 liefert ein Lenkschleifensignal 1 an einen der Zielverfolgungssteuerung dienenden Autopiloten 40 zur Richtungs­ korrektur unter Berücksichtigung eines Stabilisierungsschleifen­ signales s für beispielsweise einen Kollisionskurs-Vorhalt, der abgeleitet ist aus Drehraten-Inertialsensoren 41. Eine etwa durch die Startbeschleunigung aktivierbare Energieversorgungseinrichtung 42 liegt im Beispielsfalle der Laufkörper-Ausstattung nach Fig. 1 im vorderen Teil des Heckbereiches 14.

Die autonome Bahnlenkung nach Maßgabe der etwa auf den Schallschwer­ punkt oder auf das Magnetfeld eines zu bekämpfenden Zielobjektes ansprechenden Lenkschleifensignale 1 des Zielsuchsensors 39 erfolgt nicht wie bei klassischen Lenk- oder Laufkörpern durch Steuerruder, sondern durch eine gezielte Unsymmetrie der mehreren (mindestens drei vorhandenen) Drehschrauben 33 für den Laufkörper-Antrieb. Das ist in der Steuerschaltungs-Darstellung der Fig. 1 durch die Differenz­ werte d zur Abweichung des Vortriebs-Beitrags bestimmter Drehschrauben 33 zum Ausdruck gebracht, wobei jeder dieser Differenzwerte d eine Änderung der Drehzahl w und/oder eine Änderung der Propellerblatt­ neigung wenigstens einer der Schrauben 33 im Verhältnis zu den anderen bedeuten kann. So neigt sich die Laufbahn aus der Laufkörper-Längs­ achse 22 in Richtung der hiergegen versetzten Drehschraube 33, wenn diese ihren Vorschub-Beitrag im Vergleich zu den anderen verringert; und umgekehrt.

Wenn aufgrund der laufenden Zielpeilung davon ausgegangen werden kann, daß eine Proportionalnavigations-Zielannäherungsbahn erreicht ist und der Kollisionspunkt unmittelbar bevorsteht, initiiert die Steuerschaltung 43 eine Nachbeschleunigungseinrichtung 44, um den Wirkteil 45 vor dem Laufkörper-Heckbereich 14 (je nach der konstruktiven Auslegung mit diesem oder unter Abreißen von diesem) mit noch erhöhter kinetischer Energie auf das Zielobjekt auftreffen und in dieses Eindringen zu lassen. Ein Zündverzöge­ rungs-Aufschlagzünder 46 initiiert dann die Wirkladung 47 im Wirkteil 45, die zusammen mit der Wirkhülle 48 auf optimale Splitterleistung im Zielraum ausgelegt ist.

Claims (1)

1. Lenkbarer Unterwasser-Laufkörper (11) mit je einer an den Ecken eines regelmäßigen Querschnitts-Dreiecks, durch dessen Mittel­ punkt die Laufkörper-Längsachse (22) orthogonal verläuft, ange­ ordneten Antriebsschraube (33) mit je einem Antriebsmotor (35), deren Antriebsleistungen über eine Steuerschaltung (43) zur ru­ derlosen Kurskorrektur relativ zueinander veränderbar sind, und mit Anordnung der Antriebsschrauben (33) hinter dem Laufkörper- Heckbereich (14) in einem Strömungstopf (18), dessen Außen­ wandung (30) Flutschlitze (29) und dessen Boden (32) Strömungs­ austritts-Öffnungen (31) aufweist, die vor dem Start des Lauf­ körpers (11) durch ein Startgerät-Gehäuse (13) verschlossen sind, in dem eine vorgespannte und pyrotechnisch freigebbare Zylinderfeder (21) für das Ausstoßen des Laufkörpers (11) mit­ samt dem Strömungstopf (18) aus dem Gehäuse (13) angeordnet ist.