DE69106090T2 - Magnetic mine clearance system. - Google Patents
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Description
Die Erfindung stammt aus dem Bereich der Magnet-Minensuche, die es erlaubt, Unterwasserminen zu zerstören, deren Auslösung durch die Veränderungen des Magnetfelds aufgrund eines zu versenkenden Schiffs aktiviert wird.The invention comes from the field of magnetic mine detection, which allows the destruction of underwater mines, the triggering of which is activated by the changes in the magnetic field due to a ship that is to be sunk.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Suche von Magnetminen mit einem Schlepper, der eine Vorrichtung zur Simulation des Magnetfelds eines Schiffs mit bestimmten Merkmalen hinter sich herzieht.In particular, the invention relates to a system for searching for magnetic mines using a tug that tows a device for simulating the magnetic field of a ship with certain characteristics.
Die Wirkung eines Magnetminensuchsystems hängt im wesentlichen von der Komplexität der Unterwasserminen ab. Die offensiven Unterwasserminen sind im allgemeine komplex, da sie in nur geringer Zahl ausgesetzt werden und ihre geringe Zahl durch ihre große Wirksamkeit kompensiert wird. So gibt es Unterwasserminen, die das Minensuchsystem erkennen können und dann die Zündung verhindern.The effectiveness of a magnetic mine detection system depends essentially on the complexity of the underwater mines. Offensive underwater mines are generally complex because they are only deployed in small numbers and their small number is compensated by their great effectiveness. There are underwater mines that can be detected by the mine detection system and then prevent detonation.
Daher ist es wichtig bei der Bekämpfung von solchen Unterwasserminen, daß das Magnetfeld des von diesen Minen zu versenkenden Schiffs möglichst genau simuliert wird.Therefore, when combating such underwater mines, it is important that the magnetic field of the ship to be sunk by these mines is simulated as accurately as possible.
Aus den europäischen Patentanmeldungen 0 366 522 und 0 338 901 auf den Namen der Anmelderin ist bereits ein System zur Suche von Magnetminen bekannt, für das der Minensuchbereich (INTERCEPT) privilegiert ist. Das magnetische Minensuchsystem enthält einen Schlepper, der über ein Tau eine Vorrichtung zur Simulierung eines Schiffs mit bestimmten Merkmalen hinter sich herzieht, wobei der Schlepper so ausgebildet ist, daß er möglichst wenig magnetische Störungen verursacht. Die Simulationsvorrichtung ihrerseits enthält mehrere parallel in Fahrtrichtung des Schleppers über den Minensuchbereich verteilte Fahrzeuge. Jedes Fahrzeug enthält eine Solenoidspule und eine horizontale Flachspule, um die Durchfahrt eines Schiffes zu simulieren. Die Simulation des Magnetfelds des Schiffs wird erleichtert durch die Tatsache, daß die Solenoidspule und die Flachspule von variablen Strömen gespeist werden.A system for searching for magnetic mines is already known from European patent applications 0 366 522 and 0 338 901 in the name of the applicant, for which the minesweeping area (INTERCEPT) is privileged. The magnetic minesweeping system comprises a tug which, by means of a rope, tows a device simulating a ship with certain characteristics, the tug being designed to cause as little magnetic disturbance as possible. The simulation device in turn comprises several vehicles distributed in parallel in the direction of travel of the tug over the minesweeping area. Each vehicle contains a solenoid coil and a horizontal flat coil to simulate the passage of a ship. The simulation of the ship's magnetic field is facilitated by the fact that the solenoid coil and the flat coil are fed by variable currents.
Da die Länge jedes Fahrzeugs aber begrenzt ist, beispielsweise auf etwa 4 Meter, bleibt diese Simulation unvollkommen, sobald das Schiff, dessen Magnetfeld simuliert werden soll, deutlich länger als das Fahrzeug ist.However, since the length of each vehicle is limited, for example to about 4 meters, this simulation remains incomplete as soon as the ship whose magnetic field is to be simulated is significantly longer than the vehicle.
Außerdem haben diese Fahrzeuge die Form eines Kastens großer Abmessungen, der damit der Schleppbewegung im Wasser einen großen hydrodynamischen Widerstand entgegensetzt.In addition, these vehicles have the shape of a large box, which therefore offers great hydrodynamic resistance to the towing movement in the water.
Außerdem ist aus der Patentanmeldung WO 85/00335 (COTTON) ein System bekannt, bei dem die Fahrzeuge eines hinter dem anderen hinter dem Schlepper hergezogen werden. In diesem System ergeben sich die Magnetfelder durch Permanentmagneten, deren Feldrichtung man wechselt, indem sie in die eine oder in die andere Richtung in Sättigung getrieben werden. Der Wert des gesamten Magnetfelds ergibt sich aus der Summe dieser negativen oder positiven Felder. Dieser Wert kann also nicht fein geregelt werden, und die Regelung führt zu leicht erkennbaren Übergängen, die damit das Vorliegen einer Täuschvorrichtung anzeigen. Aufgrund der großen Anzahl von Fahrzeugen ist der Schleppwiderstand erheblich, aber doch akzeptabel, da diese Fahrzeuge aufgrund der Verwendung von Permanentmagneten relativ klein sind. Die Verwendung von Kästen gemäß den oben zitierten Patentanmeldungen ergäbe dagegen einen zu großen Schleppwiderstand.Furthermore, patent application WO 85/00335 (COTTON) discloses a system in which the vehicles are towed one behind the other behind the tractor. In this system, the magnetic fields are created by permanent magnets, the field direction of which is changed by driving them to saturation in one direction or the other. The value of the total magnetic field is the sum of these negative or positive fields. This value cannot therefore be finely regulated and the regulation leads to easily recognizable transitions, which therefore indicate the presence of a decoy device. Due to the large number of vehicles, the drag resistance is considerable, but acceptable since these vehicles are relatively small due to the use of permanent magnets. The use of boxes according to the patent applications cited above, on the other hand, would result in too great a drag resistance.
Um in dieser fluchtenden Konfiguration Solenoidspulen ohne Kern verwenden zu können und doch den Schleppwiderstand in akzeptablen Grenzen zu halten, schlägt die Erfindung ein System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 vor.In order to be able to use coreless solenoid coils in this aligned configuration and yet keep the drag within acceptable limits, the invention proposes a system according to any one of claims 1 to 3.
Andere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
Figur 1 zeigt schematisch das System zur Suche von Magnetminen gemäß der Erfindung.Figure 1 shows schematically the system for searching for magnetic mines according to the invention.
Figur 2 zeigt schematisch insbesondere die elektronische Steuer- und Stromversorgungsvorrichtung für die Fahrzeuge der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung.Figure 2 shows schematically in particular the electronic control and power supply device for the vehicles the simulation device according to the invention.
Figur 3 enthält eine detaillierte Darstellung eines Fahrzeugs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Simulation eines Magnetfelds eines Schiffes.Figure 3 contains a detailed representation of a vehicle of the device according to the invention for simulating a magnetic field of a ship.
Gemäß Figur 1 enthält das System zur Magnetminensuche gemäß der Erfindung einen Minensuchschlepper 100, der am Ende eines Taus 130 eine Gruppe von Magnetfahrzeugen 110 schleppt, die hintereinander in Fahrtrichtung des Schleppers angeordnet sind. Die Magnetfahrzeuge sind über Kabel in gleichmäßigem Abstand miteinander verbunden. Die Anzahl der Magnetfahrzeuge 110, die hintereinander liegen, hängt, wie oben erwähnt, von dem Schiff ab, dessen Magnetfeld oder magnetische Signatur simuliert werden soll, wobei diese magnetische Signatur von der Länge, der Geschwindigkeit und der Tauchtiefe dieses Schiffs abhängt. Wie in dieser Figur zu sehen, wird die durch die Kette der Magnetfahrzeuge definierte Länge durch Schwimmbojen 135 markiert, die an den beiden Enden der Kette von Magnetfahrzeugen angeordnet sind. Die Schwimmbojen 135 erlauben außerdem eine Einstellung der Tauchtiefe der Magnetfahrzeuge 110. In dem in dieser Figur gezeigten Beispiel ist die Länge des Taus, das die Magnetfahrzeuge 110 mit dem Minensuchschlepper 100 verbindet, ungefähr 200 Meter, um jede Verwechslung zwischen dem Restmagnetfeld des Schleppers und dem Magnetfeld der Fahrzeuge zu vermeiden und zu verhindern, daß der Schlepper von der Explosion der Minen betroffen wird, wenn diese unter der Wirkung der Magnetfahrzeuge ausgelöst werden.According to Figure 1, the magnetic mine detection system according to the invention comprises a mine detection tug 100 towing, at the end of a cable 130, a group of magnetic vehicles 110 arranged one behind the other in the direction of travel of the tug. The magnetic vehicles are connected to one another by cables at an equal distance. The number of magnetic vehicles 110 arranged one behind the other depends, as mentioned above, on the vessel whose magnetic field or magnetic signature is to be simulated, this magnetic signature depending on the length, speed and diving depth of this vessel. As can be seen in this figure, the length defined by the chain of magnetic vehicles is marked by floating buoys 135 arranged at the two ends of the chain of magnetic vehicles. The floating buoys 135 also allow the depth of the magnetic vehicles 110 to be adjusted. In the example shown in this figure, the length of the cable connecting the magnetic vehicles 110 to the minesweeper tug 100 is approximately 200 meters in order to avoid any confusion between the residual magnetic field of the tug and the magnetic field of the vehicles and to prevent the tug from being affected by the explosion of the mines when they are triggered by the action of the magnetic vehicles.
Gemäß Figur 2 werden die Magnetfahrzeuge 110 getrennt mit elektrischem Strom gespeist, der von einer Leistungseinheit 126 geliefert wird, die von einer an Bord des Schleppers 100 befindlichen Stromversorgung gespeist wird, um jedes der orthogonalen Magnetfelder zu liefern. Die Steuerelektronik 120 bestimmt für jedes betrachtete Magnetfahrzeug 110 die Stärke des an dieses anzulegenden elektrischen Stroms ausgehend von einer vorherigen Eichung unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit der Simulationsvorrichtung und des Abstands zwischen den Magnetfahrzeugen 110. In dieser Figur wurde auch ein Windensystem 122 dargestellt, das an die Stromversorgung 121 angeschlossen ist und elektrisch die Länge des Taus 130 zu regeln erlaubt.According to Figure 2, the magnetic vehicles 110 are separately supplied with electric current provided by a power unit 126 fed by a power supply on board the tractor 100 to provide each of the orthogonal magnetic fields. The control electronics 120 determines for each magnetic vehicle 110 considered the intensity of the electric current to be applied to it on the basis of a previous calibration taking into account the speed of travel of the simulation device and the distance between the magnetic vehicles 110. This figure also shows a winch system 122 which is connected to the power supply 121 and allows the length of the rope 130 to be electrically regulated.
Gemäß Figur 3 enthält ein Magnetfahrzeug 110 zwei Induktionsspulen 140 und 150, die zueinander senkrecht liegen und mit Strom von der Leistungseinheit 126 über das Tau 130 und die Kabel gespeist werden. Die erste, senkrechte Induktionsspule 140 liegt innerhalb eines kreisförmigen Reifs 145, dessen Achse in Betriebsstellung der Simulationsvorrichtung im wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Minensuchschleppers 100 liegt. Der kreisförmige Reif 145 umgibt die zweite Induktionsspule 150, deren Form im wesentlichen rechteckig ist. Die zweite Induktionsspule 150 liegt in einem Rahmen 155, derart, daß das Magnetfahrzeug 110 einen relativ geringen Eindringkoeffizient in das Wasser besitzt, beispielsweise geringer als 0,3. Wie in dieser Figur zu sehen, ist der kreisförmige Reif 145 mit dem Rahmen 155 über Radialrippen verbunden und enthält eine Kiel 160 unterhalb der unteren Ebene des Rahmens 155, um das Magnetfahrzeug 110 gegen Rollbewegungen zu stabilisieren. Das Magnetfahrzeug 110 hat in dem Betriebszustand gemäß Figur 1 einen Auftrieb Null aufgrund eines Abgleichs durch Luftkammern 170, die sich im Inneren des Rahmens 155 befinden. Vorzugsweise bringt man auf jedem Magnetfahrzeug 110 einen Generator für Unterwasserimpulse, einen sogenannten PINGER 180 an, um das Fahrzeug leicht zu orten, wenn es sich von dem Tau 130 gelöst haben sollte.According to Figure 3, a magnetic vehicle 110 contains two induction coils 140 and 150 which are perpendicular to each other and are supplied with current from the power unit 126 via the rope 130 and the cables. The first, perpendicular induction coil 140 lies within a circular ring 145, the axis of which, in the operating position of the simulation device, lies substantially parallel to the direction of travel of the minesweeper tug 100. The circular ring 145 surrounds the second induction coil 150, the shape of which is substantially rectangular. The second induction coil 150 lies in a frame 155, such that the magnetic vehicle 110 has a relatively low penetration coefficient in the water, for example less than 0.3. As can be seen in this figure, the circular hoop 145 is connected to the frame 155 by radial ribs and includes a keel 160 below the lower plane of the frame 155 to stabilize the magnetic vehicle 110 against rolling movements. The magnetic vehicle 110 has zero buoyancy in the operating condition according to figure 1 due to a balancing by air chambers 170 located inside the frame 155. Preferably, an underwater pulse generator, a so-called PINGER 180, is mounted on each magnetic vehicle 110 in order to easily locate the vehicle if it should become detached from the rope 130.
Vorzugsweise werden die Induktionsspulen 140 und 150 durch einen aufgewickelten Leiter gebildet, beispielsweise einen Leiter aus Aluminium, und liegen in dichten, mit einem dielektrischen Öl gefüllten Behältern. Die Verwendung von Aluminium ermöglicht eine Verringerung der Masse des Fahrzeugs ohne wesentliche Absenkung des erzeugten Magnetmoments.Preferably, the induction coils 140 and 150 are formed by a wound conductor, for example an aluminum conductor, and are located in sealed containers filled with a dielectric oil. The use of aluminum enables the mass of the vehicle to be reduced without significantly reducing the magnetic moment generated.
Nun wird im einzelnen der Betrieb der Vorrichtung zur Simulation des Magnetfelds eines Schiffs gemäß der Erfindung beschrieben. Die elektrischen Signale, die die Stärke der durch die Induktionsspulen 140, 150 jedes Mangetfahrzeugs 110 zu leitenden Ströme definieren (diese Stromstärken sind von Fahrzeug zu Fahrzeug verschieden), werden automatisch von der Steuerelektronik 120 geliefert. Hierzu enthält die Steuerelektronik 120 einen Speicher für wdie Werte der Stromstärke bezüglich einer gewissen Anzahl von Schiffen, deren magnetische Signatur simuliert werden soll. Diese Stromwerte ergeben sich, indem sämtliche Parameter solange variiert werden, bis eine gute Wiedergabe der Signatur des zu simulierenden Schiffs erhalten wird, wobei man die magnetische Signatur jedes Magnetfahrzeugs 110 und die des betrachteten Schiffes kennt.The operation of the device for simulating the magnetic field of a ship according to the invention will now be described in detail The electrical signals defining the intensity of the currents to be conducted by the induction coils 140, 150 of each magnetic vehicle 110 (these current intensities vary from vehicle to vehicle) are automatically supplied by the control electronics 120. To this end, the control electronics 120 contains a memory for the values of the current intensity relating to a certain number of ships whose magnetic signature is to be simulated. These current values are obtained by varying all the parameters until a good reproduction of the signature of the ship to be simulated is obtained, the magnetic signature of each magnetic vehicle 110 and that of the ship in question being known.
Die Bedienungsperson des erfindungsgemäßen Systems zur Magnetminensuche liefert über ein Datenerfassungsendgerät, das an die Steuerelektronik 120 in Figur 2 angeschlossen ist, die Parameter des Ziels, die Schleppgeschwindigkeit und die Wassertiefe.The operator of the magnetic mine detection system according to the invention provides the target parameters, the towing speed and the water depth via a data acquisition terminal connected to the control electronics 120 in Figure 2.
Die Parameter des Ziels sind seine Ordnungsnummer innerhalb einer gegebenen Liste, seine Geschwindigkeit und sein magnetischer Zustand (entmagnetisiert oder nicht entmagnetisiert).The parameters of the target are its serial number within a given list, its speed and its magnetic state (demagnetized or not demagnetized).
Abhängig von diesen verschiedenen Parametern liefert die Steuerelektronik 120 automatisch die Mindestanzahl von erfoderlichen Magnetfahrzeugen und die elektrischen Steuersignale für die Leistungseinheit 126.Depending on these various parameters, the control electronics 120 automatically supplies the minimum number of required magnetic vehicles and the electrical control signals for the power unit 126.
Nachfolgend werden, beispielsweise und nicht beschränkend zu verstehen, die magnetischen Merkmale jedes Fahrzeugs in einer Stimulationsvorrichtung mit sechs Magnetfahrzeugen 110 und einem gegenseitigen Abstand von 25 Metern angegeben:The following are given, by way of example and not as a limitation, the magnetic characteristics of each vehicle in a stimulation device with six magnetic vehicles 110 and a mutual distance of 25 meters:
- Durchmesser 1,8 m- Diameter 1.8 m
- Breite 0,5 m- Width 0.5 m
- Dicke ≤ 0,075 m- Thickness ≤ 0.075 m
- Windungsanzahl 5250- Number of turns 5250
- Querschnitt des Leiters 4 mm²- Conductor cross-section 4 mm²
- Spitzenwert des Stroms 7,5 A- Peak current 7.5 A
- Magnetmoment 100.000 Am²- Magnetic moment 100,000 Am²
- maximale Leistung 15 kW- maximum power 15 kW
- Länge 2,7 m- Length 2.7 m
- Breite 1,2 m- Width 1.2 m
- Höhe 0,21 m- Height 0.21 m
- Windungsanzahl 4370- Number of turns 4370
- Querschnitt des Leiters 4 mm²- Conductor cross-section 4 mm²
- Spitzenwert des Stroms 7,5 A- Peak current 7.5 A
- Magnetmoment 100.000 Am²- Magnetic moment 100,000 Am²
- maximale Leistung 15 kW- maximum power 15 kW
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