EP3197818A1 - Unterwasserseilwinde zum an- und/oder abkoppeln eines unbemannten unterwasserfahrzeuges sowie unterwassergarage und unterwasserfahrzeug - Google Patents

Unterwasserseilwinde zum an- und/oder abkoppeln eines unbemannten unterwasserfahrzeuges sowie unterwassergarage und unterwasserfahrzeug

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EP3197818A1
EP3197818A1 EP15756341.2A EP15756341A EP3197818A1 EP 3197818 A1 EP3197818 A1 EP 3197818A1 EP 15756341 A EP15756341 A EP 15756341A EP 3197818 A1 EP3197818 A1 EP 3197818A1
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EP
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underwater
winch
coupling device
coupling
unmanned
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Sven-Christian Hesse
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Atlas Elektronik GmbH
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Publication date
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    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/52—Control devices automatic for varying rope or cable tension, e.g. when recovering craft from water
    • B66D1/525—Control devices automatic for varying rope or cable tension, e.g. when recovering craft from water electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/56—Towing or pushing equipment
    • B63B21/66—Equipment specially adapted for towing underwater objects or vessels, e.g. fairings for tow-cables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/60—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans adapted for special purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned

Definitions

  • Underwater winch for attaching and / or uncoupling an unmanned underwater vehicle and underwater garage and underwater vehicle
  • the invention relates to an underwater winch for arrival and / or uncoupling an unmanned vehicle
  • Underwater vehicle fails because the submarine approaches the unmanned vehicle at high speed and a contact speed is too great and leads to damage.
  • the unmanned vehicle must be captured first in the vicinity of his drive first, which means that the Einfangsroutinen are technically complicated to design, for example, the sonar of the unmanned watercraft can not be used and the control and control power submarine side must be done.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • Underwater winch for arrival and / or uncoupling an unmanned underwater vehicle at a winch end of a winch rope with a coil device associated control device, the winch cable and a coupling device, wherein at the winch end the coupling device is arranged and the control device and the coil device are configured such that a Fier speed of the coupling device with respect to a winch speed of a fixed component of the underwater winch is adjustable.
  • Capture device for unmanned underwater vehicles are provided.
  • the coupling device despite the mechanical connection, for example, via a housing of the underwater winch and the winch rope with a submarine, express a different speed to the submarine.
  • a coupling device can be provided, which, for example, only at a speed of 1 kn removed. This speed is easily compensated by the drive of the unmanned underwater vehicle, so that a coupling process can be done by the unmanned underwater vehicle. At the same time, however, the submarine can travel at a higher speed, for example.
  • An "underwater winch” is a device that can provide a variable length of cable, and more particularly, such
  • Underwater winches roll up, which winds up or rolls off a winch rope by rotation.
  • one end of the winch rope is firmly connected to the roller.
  • a roll and a reel or the like can be used.
  • An "unmanned underwater vehicle” is in particular a ROV (remotely operated vehicle) or AUV (autonomuous underwater vehicle).
  • An ROV usually still has a data and / or a supply line which connects the ROV to a ship, for example.
  • the ROV can receive data and / or energy via this line.
  • Different forms are possible.
  • an ROV is also assumed, if it is connected to the service vessel only by means of a fiber-optic cable for data exchange.
  • An AUV in contrast, maneuvers autonomously, that is, it has no physical connection with the mission vessel.
  • an AUV has its own, mostly active sonar, which gains information about its environment.
  • Connecting and / or uncoupling is understood in particular to mean the process in which a physical connection of the unmanned underwater vehicle with the coupling device is achieved or established.
  • a "winch rope” is a rope that is changed in particular by being wound up in its effectively provided working length.
  • a “winding device” is a device that converts the working length of the winch cable, for example, it may include a motor that imparts rotation to the roller or reel, and thereby open or close a rope connected to the reel is handled.
  • a “coupling device” is a device which on the one hand attached to one end of the winch cable and on the other record the unmanned underwater vehicle firmly can.
  • the coupling device can have releasable holding elements, which can couple into the unmanned underwater vehicle, for example, in order to lock or unlock the unmanned underwater vehicle.
  • the coupling device may have any data interfaces, which allows communication in particular of the service vessel with the unmanned underwater vehicle.
  • the coupling device can be understood in conjunction with the unmanned watercraft as a plug-socket system, this system in turn can have individual plug-socket systems for power and data transfer.
  • the "winch speed of the underwater winch” v 0 is in particular the speed of the fixed components of the underwater winch
  • the winch speed corresponds in particular to the speed of the mission vessel the winch speed is adjustable
  • an effective speed v g of the coupling device can be provided which "sees" the unmanned underwater vehicle.
  • the effective velocity v g can take in particular values between -5 kn and +5 kn.
  • the signs indicate in the present case, whether the coupling device of the fixed Components of the underwater winch or moved towards this.
  • a "stationary component" of the underwater winch is, in particular, the housing, the roller and the motor, not including, for example, the coupling device, since it is movable relative to the "rest".
  • the underwater winch has a speed sensor.
  • Speed sensors such as a Pt100 resistor with associated evaluation can be used.
  • the effective speed v g can be determined, for example, by means of the Doppler effect.
  • the control for extending or shortening the working length of the winch rope is set up accordingly.
  • the coupling device buoyancy elements in particular adjustable
  • Buoyancy elements and / or have a drive.
  • a height change can be made to shorten the coupling process in time and / or perform the coupling process at different depths of the unmanned underwater vehicle, so that, for example, the height of the coupling device for the unmanned underwater vehicle is set optimally.
  • Receive or send communication message is ensured via the flying height of the coupling device that there is sufficient distance between the coupling device and the stern of the submarine in order to avoid a collision of the coupling device and / or the unmanned underwater vehicle with the stern of the submarine.
  • the "buoyancy elements” can, for example, be adjustable wing-like components with which the flow leads to an upward or downward movement, while a separate drive can accelerate the process in particular.
  • the coupling device can be an underwater sound reflecting material and / or a
  • the unmanned underwater vehicle can only have a passive sonar.
  • An "underwater sound reflecting material" particularly reflects underwater sound of certain frequency ranges, so that the sonar of the unmanned underwater vehicle can optimally detect the coupling device
  • the sound transducer can be, in particular, a projector which places a so-called ping at regular intervals in that a plurality of these sound transducers are arranged, a spatial "image" can be generated which facilitates the coupling maneuver.
  • the "optical reflection material” is in particular a reflecting element, such as a cat's eye
  • the (Double) camera can give a spatial impression.
  • the camera can be arranged in particular on the unmanned underwater vehicle.
  • an optical locating and coupling can be realized because thus the underwater winch and / or the unmanned underwater vehicle together or individually a light-emitting system for noiseless finding and coupling the unmanned
  • light sources for example lasers
  • the unmanned underwater vehicle based on optical methods and camera docking
  • the coupling device may comprise a position determination device and / or a communication device.
  • the position determining device may in particular be a GPS sensor which evaluates the position on the basis of satellite data.
  • the communication device can furthermore be a radio transmitting and receiving device which receives or transmits messages via a satellite, for example.
  • the winch cable has a supply line and / or a data line.
  • the underwater winch may include a monitoring system. It can do that
  • Monitoring system may be arranged both on the solid components and on the coupling device.
  • the monitoring system comprises an optical camera and an associated illumination device, so that an optimal view can be ensured.
  • the unmanned underwater vehicle is coupled to the coupling device.
  • the object is achieved by an underwater garage having a previously described underwater winch.
  • the dirt accumulation on the underwater winch and / or on the unmanned underwater vehicle can be prevented.
  • the flow characteristics can be improved.
  • the object is achieved by a watercraft, in particular a submarine, which has a previously described underwater winch and / or an underwater garage described above.
  • Figure 1 is a schematic representation of a arranged on a submarine
  • a winch 101 is fixed to a submarine 131.
  • the winch 101 is powered by the submarine 131 (not shown) and has a bidirectional data line (not shown).
  • a rotatably mounted roller 102 is arranged in the middle of the winch 101. In this role 102, one end of the rope 103 is firmly clamped. At the other end of the cable 103, a coupling member 111 is arranged.
  • the winch 101 stationary multiple hydrophones 109, a motor 105 and a controller 107.
  • the motor 105 is designed in such a way that a defined rotational speed and / or torque can be impressed on the roller 102.
  • the winch 101 has a displacement sensor (not shown) which determines the change in length of the working length of the cable 103.
  • the path length sensor comprises markings arranged on the roll, which are optically interrogated by means of LEDs.
  • the coupling member 111 is shaped so that the nose of an AUV 121 can be optimally received.
  • the coupling member 111 at its ends on several sounder 113, which emit regular sound signals of certain frequencies.
  • a GPS antenna is arranged on the coupling member 111.
  • 111 rotatable wings are arranged on the coupling member, which cause an increase or decrease at a given flow.
  • the AUV 121 has an active sonar 125 and an AUV drive 123. [45] In the present case, the AUV 121 was on an autonomous mission on the road and should in the present case be brought to the submarine 131 again.
  • the speed of the submarine 131 is transmitted via the data line to the controller 107 as a value.
  • the winch 101 determines the distance and the speed of the coupling member 111 based on the sound emitted by sounders underwater sound waves defined frequency. Based on the measured frequency and the known frequency, the distance rate is determined by the Doppler effect.
  • the coupling member 111 is discharged at the rear with a first Fier Ober vi, which is greater than the travel speed of the submarine v 0 .
  • the coupling speed v 2 is adjusted by means of the motor 105 so that a resulting velocity v g results, so that from the point of view of the AUV s 121, the coupling element 111 moves away at a speed of lkn.
  • the AUV 121 determines by means of its sonar 125 the position emitted by the sounder 113 position data of the coupling member 111 and adjust both altitude and its own drive 123 its speed V AUV .
  • the speed is slowly reduced from 5 knots to 1.5 knots until the AUV 121 makes physical contact with the coupling link 111.
  • the AUV 121 is fastened by the coupling member 111 by a locking device (not shown).
  • the motor 105 of the roller 102 imparts a different direction of rotation and pulls the AUV 121 together with the coupling member 111 during the further travel of the submarine 131.
  • the coupling member 111 is in its final position, the AUV 121 is retrieved and stowed in an underwater garage (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Unterwasserseilwinde zum An- und/oder Abkoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs an einem Windenseilende eines Windenseils mit einer einer Spuleinrichtung zugeordneten Steuereinrichtung, dem Windenseil und mit einer Koppeleinrichtung, wobei an dem Windenseilende die Koppeleinrichtung angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung und die Spuleinrichtung derart ausgestaltet sind, dass eine Fiergeschwindigkeit der Koppeleinrichtung in Bezug auf eine Windengeschwindigkeit der Unterwasserseilwinde einstellbar ist.

Description

Unterwasserseilwinde zum An- und/oder Abkoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges sowie Unterwassergarage und Unterwasserfahrzeug
[01] Die Erfindung betrifft eine Unterwasserseilwinde zum An- und/oder Abkoppeln eines unbemannten
Unterwasserfahrzeuges an einem Windenseilende eines Windenseils einer einer Spulenrichtung zugeordneten Steuereinrichtung, dem Windenseil und mit einer Koppeleinrichtung, wobei an dem Windenseil die Koppeleinrichtung angeordnet ist sowie eine
Unterwassergarage und ein (Unter- ) Wasserfahrzeug .
[02] In modernen Aufklärungsszenarien oder auch bei der Überwachung von unterseeischen Anlagen, ist es ein großes Problem, ein ausgesetztes unbemanntes Unterwasserfahrzeug wie beispielsweise ein ROV (remotely operated vehicle) oder ein AUV (autonomuous underwater vehicle) zu bergen. Teilweise wird zuerst ein derartiges unbemanntes Unterwasserfahrzeug an die Wasseroberfläche verbracht, um es anschließend mit einem Kran oder einer sonstigen Vorrichtung zu bergen. Dabei muss das bemannte Wasserfahrzeug häufig seinen Kurs anpassen und seine übliche Fahrt unterbrechen.
[03] Weiterhin wird versucht, unter Wasser ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug einzufangen. Insbesondere bei einem fahrenden U-Boot stellt sich dabei das Problem, dass die Fahrgeschwindigkeit des U-Boots für ein heckseitiges Anfahren zu groß ist, da das unbemannte Unterwasserfahrzeug das U-Boot aufgrund seines zu langsamen Antriebs nicht erreichen kann.
[04] Auch ein bugseitiges Einfangen des
Unterwasserfahrzeuges scheitert daran, dass das U-Boot mit großer Geschwindigkeit auf das unbemannte Fahrzeug zufährt und eine Kontaktgeschwindigkeit zu groß ist und zu Beschädigungen führt. Zudem muss dann das unbemannte Fahrzeug meist in der Nähe seines Antriebs zuerst eingefangen werden, was dazu führt, dass die Einfangsroutinen technisch kompliziert auszugestalten sind, da beispielsweise das Sonar des unbemannten Wasserfahrzeuges nicht verwendet werden kann und die Steuer- und Regelleistung U-Boot-seitig erfolgen muss.
[05] Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern .
[06] Gelöst wird die Aufgabe durch eine
Unterwasserseilwinde zum An- und/oder Abkoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges an einem Windenseilende eines Windenseils mit einer einer Spuleneinrichtung zugeordneten Steuereinrichtung, dem Windenseil und mit einer Koppeleinrichtung, wobei an dem Windenseilende die Koppeleinrichtung angeordnet ist und die Steuereinrichtung und die Spuleneinrichtung derart ausgestaltet sind, dass eine Fiergeschwindigkeit der Koppeleinrichtung in Bezug auf eine Windengeschwindigkeit eines ortsfesten Bestandteils der Unterwasserseilwinde einstellbar ist. [07] Somit kann insbesondere heckseitig eine
Einfangvorrichtung für unbemannte Unterwasserfahrzeuge bereitgestellt werden. Dadurch kann die Koppeleinrichtung, trotz der mechanischen Verbindung beispielsweise über ein Gehäuse der Unterwasserseilwinde und über das Windenseil mit einem U-Boot, eine zum U-Boot andere Geschwindigkeit ausprägen .
[08] Somit kann beispielweise einem unbemannten Wasserfahrzeug eine Koppeleinrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche sich beispielweise lediglich mit einer Geschwindigkeit von 1 kn entfernt. Diese Geschwindigkeit ist durch den Antrieb des unbemannten Unterwasserfahrzeuges leicht kompensierbar, so dass ein Koppelvorgang durch das unbemannte Unterwasserfahrzeug erfolgen kann. Zeitgleich kann das U-Boot sich beispielsweise jedoch mit einer höheren Geschwindigkeit fortbewegen .
[09] Folgendes Begriffliches sei erläutert:
[10] Eine „Unterwasserseilwinde" ist eine Einrichtung, welche eine veränderliche Länge eines Kabels zur Verfügung stellen kann. Insbesondere weisen solche
Unterwasserseilwinden Rollen auf, welche durch Rotation ein Windenseil auf- oder abrollt. Dabei ist insbesondere ein Ende des Windenseils fest mit der Rolle verbunden. Statt einer Rolle kann auch eine Haspel oder dergleichen eingesetzt werden.
[11] Ein „unbemanntes Unterwasserfahrzeug" ist insbesondere ein ROV (remotely operated vehicle) oder AUV (autonomuous underwater vehicle) . Ein ROV weist zumeist noch eine Daten und/oder eine Versorgungsleitung auf, welche das ROV beispielsweise mit einem Schiff verbindet. Über diese Leitung kann das ROV Daten und/oder Energie beziehen. Dabei sind unterschiedliche Ausprägungen möglich. Vorliegend wird auch von einem ROV ausgegangen, wenn dieses lediglich mittels eines Glasfaserkabels zum Datenaustausch mit dem Einsatzschiff verbunden ist. Ein AUV im Gegensatz dazu manövriert autonom, das heißt, es hat keine physikalische Verbindung mit dem Einsatzschiff. Im Allgemeinen hat ein AUV somit ein eigenes, meist aktives Sonar, welches Informationen über seine Umgebung gewinnt.
[12] Unter einem „An- und/oder Abkoppeln" wird insbesondere der Vorgang verstanden, bei dem eine physikalische Verbindung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges mit der Koppeleinrichtung gelöst oder etabliert wird.
[13] Ein „Windenseil" ist ein Seil, welches insbesondere durch Aufwickeln in seiner effektiv zur Verfügung gestellten Arbeitslänge verändert wird.
[14] Eine „Spuleinrichtung" ist eine Vorrichtung, welche das Ändern der Arbeitslänge des Windenseils umsetzt. Es kann beispielweise einen Motor umfassen, welcher der Rolle oder der Haspel eine Rotation aufprägt und wodurch eine mit der Rolle/ der Haspel verbundenes Seil auf- oder abgewickelt wird.
[15] Eine „Koppeleinrichtung" ist eine Einrichtung, welche zum einen an einem Ende des Windenseils befestigt und zum anderen das unbemannte Unterwasserfahrzeug fest aufnehmen kann. Dabei kann die Koppelemrichtung lösbare Haltelemente aufweisen, welche beispielsweise in das unbemannte Unterwasserfahrzeug einkoppeln können, um das unbemannte Unterwasserfahrzeug zu arretieren oder zu lösen. Auch kann die Koppeleinrichtung etwaige Daten-Schnittstellen aufweisen, welche eine Kommunikation insbesondere des Einsatzschiffes mit dem unbemannten Unterwasserfahrzeuges ermöglicht. Insbesondere kann die Koppeleinrichtung im Zusammenwirken mit dem unbemannten Wasserfahrzeug als Stecker-Buchse-System verstanden werden, wobei dieses System wiederrum einzelne Stecker-Buchse-Systeme für Energieversorgung und Datentransfer aufweisen kann.
[16] Unter „Fiergeschwindigkeit" i,v2 wird insbesondere die Geschwindigkeit verstanden, mit welcher das Ändern der Arbeitslänge des Seils die Koppeleinrichtung von dem festen Bestandteil der Unterwasserseilwinde entfernt oder nähert.
[17] Die „Windengeschwindigkeit der Unterwasserseilwinde" v0 ist insbesondere die Geschwindigkeit der festen Bauteile der Unterwasserseilwinde. Für den Fall, dass die Unterwasserseilwinde an einem Einsatzschiff angeordnet ist entspricht die Windengeschwindigkeit insbesondere der Fahrtgeschwindigkeit des Einsatzschiffes. Dadurch, dass die Fiergeschwindigkeit in Bezug auf die Windengeschwindigkeit einstellbar ist, kann eine effektive Geschwindigkeit vg der Koppeleinrichtung bereitgestellt werden, welche das unbemannten Unterwasserfahrzeuge „sieht". Die effektive Geschwindigkeit vg kann dabei insbesondere Werte zwischen -5 kn und +5 kn einnehmen. Die Vorzeichen geben vorliegend an, ob sich die Koppeleinrichtung von den festen Bestandteilen der Unterwasserseilwinde entfernt oder auf diese zubewegt.
[18] Ein „ortsfesten Bestandteil" der Unterwasserseilwinde sind insbesondere das Gehäuse, die Rolle und der Motor. Nicht dazu gehört beispielsweise die Koppeleinrichtung, da diese sich relativ zum „Rest" ortsveränderlich ist.
[19] In einer weiteren Aus führungs form weist die Unterwasserseilwinde einen Geschwindigkeitssensor auf.
[20] Dadurch kann die effektive Geschwindigkeit der festen Bestandteile der Unterwasserseilwinde bestimmt werden. Hierbei können insbesondere übliche
Geschwindigkeitssensoren wie beispielsweise ein PtlOO- Widerstand mit zugehöriger Auswertung eingesetzt werden. Insbesondere für den Fall, dass an der Koppeleinrichtung ein Unterwasserschallsender angeordnet ist und an den festen Bestandteilen der Unterwasserseilwinde oder beispielweise des Einsatzschiffes Hydrophone angeordnet sind, kann die effektive Geschwindigkeit vg beispielsweise mittels des Dopplereffekts bestimmt werden. Je nachdem ob die Geschwindigkeit der Koppeleinrichtung direkt oder lediglich die Windengeschwindigkeit bestimmt wird, ist entsprechend die Steuerung zur Verlängerung oder Verkürzung der Arbeitslänge des Windenseils eingerichtet.
[21] Um die Tiefe unter dem Wasserspiegel für die Koppeleinrichtung einzustellen, kann die Koppeleinrichtung Auftriebselemente, insbesondere einstellbare
Auftriebselemente, und/oder einen Antrieb aufweisen. [22] Somit kann eine Höhenänderung erfolgen, um den Koppelvorgang zeitlich zu verkürzen und/oder den Koppelvorgang bei unterschiedlichen Tauchtiefen des unbemannten Unterwasserfahrzeugs durchzuführen, so dass beispielsweise die Höhe der Koppeleinrichtung für das unbemannte Unterwasserfahrzeug optimal eingestellt wird. Zudem ist es möglich die Koppeleinrichtung zur Meeresoberfläche zu manövrieren, um dort gegebenenfalls Positionsdaten aufzunehmen oder eine
Kommunikationsnachricht zu empfangen oder abzusenden. Ebenfalls oder alternativ wird über die Flughöhe der Koppeleinrichtung sichergestellt, dass ausreichend Abstand zwischen Koppeleinrichtung und Heck des U-Bootes besteht, um eine Kollision der Koppeleinrichtung und/oder des unbemannten Unterwasserfahrzeugs mit dem Heck des U-Bootes zu vermeiden.
[23] Die „Auftriebselemente" können beispielweise einstellbare flügelartige Bauteile sein, mit welchen durch die Strömung zu einem Auf- oder Abtrieb führen. Ein eigener Antrieb kann insbesondere dabei den Vorgang beschleunigen.
[24] Damit das aktive Sonar des unbemannten Unterwasserfahrzeuges ein optimales Signal für das Andockmanöver erhält, kann die Koppeleinrichtung ein Unterwasserschallreflektionsmaterial und/oder einen
Schallwandler und/oder ein optisches Reflexionsmaterial und/oder eine Lichtquelle, insbesondere LED, aufweist aufweisen. Für den Fall, dass ein Schallwandler eingesetzt wird, kann das unbemannte Unterwasserfahrzeug lediglich über ein passives Sonar verfügen. [25] Ein „Unterwasserschallreflektionsmaterial" reflektiert ganz besonders gut Unterwasserschall bestimmter Frequenzbereiche, so dass das Sonar des unbemannten Unterwasserfahrzeuges die Koppeleinrichtung optimal detektieren kann. Bei dem Schallwandler kann es sich insbesondere um einen Projektor handeln, welcher in regelmäßigen Abständen einen sogenannten Ping absetzt. Dadurch, dass mehrere dieser Schallwandler angeordnet sind, kann ein räumliches „Bild" erzeugt werden, welches das Ankoppelmanöver erleichtert.
[26] Das „optische Reflexionsmaterial" ist insbesondere ein spiegelndes Element, wie beispielsweise ein Katzenauge. Die Lichtquelle kann insbesondere durch mehrere
Einzellichtquellen gebildet werden, welche einer
(Doppel ) Kamera einen räumlichen Eindruck verschaffen können. Die Kamera kann dabei insbesondere am unbemannten Unterwasserfahrzeug angeordnet sein.
[27] Somit kann ein optisches Auffinden und Ankoppel realisiert werden da mithin die Unterwasserseilwinde und/oder das unbemannte Unterwasserfahrzeug gemeinsam oder einzeln ein lichtemittierendes System zum geräuschlosen Auffinden und Ankoppeln des unbemannten
Unterwasserfahrzeugs an der Koppeleinrichtung aufweisen.
[28] In einer weiteren Ausprägungsstufe können Lichtquellen, beispielsweise Laser so angeordnet werden, dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug basierend auf optischen Verfahren und Kamera den Andockvorgang
(geräuscharm) durchführt. [29] Um einen sogenannten „Fix" zu erhalten oder um Nachrichten zu empfangen oder zu senden, kann die Koppeleinrichtung eine Positionsbestimmungseinrichtung und/oder eine Kommunikationseinrichtung aufweisen.
[30] Bei der Positionsbestimmungseinrichtung kann es sich hier insbesondere um einen GPS-Sensor handeln, welcher die Position anhand von Satellitendaten auswertet. Bei der Kommunikationseinrichtung kann es sich weiterhin um eine Funksende- und empfangseinrichtung handeln, welche beispielsweise über einen Satelliten Nachrichten empfängt oder sendet.
[31] In einer weiteren Aus führungs form weist das Windenseil eine Versorgungsleitung und/oder eine Datenleitung auf.
[32] Somit kann eine Versorgung des unbemannten Unterwasserfahrzeuges und/oder der Koppeleinrichtung mit beispielweise Energie oder Daten gewährleistet werden.
[33] Um insbesondere zu inspizieren, ob das unbemannte Unterwasserfahrzeug Beschädigungen, unerwünschte Anhängsel, wie beispielsweise Netze oder angelagerter Schrott, oder dergleichen aufweist, kann die Unterwasserseilwinde ein Überwachungssystem aufweisen. Dabei kann das
Überwachungssystem sowohl an den festen Bestandteilen als auch an der Koppeleinrichtung angeordnet sein. Insbesondere umfasst das Überwachungssystem eine optische Kamera und eine zugehörige Beleuchtungseinrichtung, damit eine optimale Sicht gewährleistet werden kann. [34 ] In einer weiteren Aus führungs form ist das unbemannte Unterwasserfahrzeug an der Koppeleinrichtung angekoppelt .
[35] Somit kann ein System von Unterwasserseilwinde und unbemanntem Unterwasserfahrzeug zur Verfügung gestellt werden .
[36] In einem zusätzlichen Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Unterwassergarage, welche eine zuvor beschriebene Unterwasserseilwinde aufweist.
[37] Durch diese Unterwassergarage können beispielsweise die Schmutzanlagerung an der Unterwasserseilwinde und/oder an dem unbemannten Unterwasserfahrzeug verhindert werden. Zudem können insbesondere für den Fall, dass die Unterwassergarage an einem Wasserfahrzeug wie beispielweise einem U-Boot befestigt ist, die Strömungseigenschaften verbessert werden.
[38] In einem Weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Wasserfahrzeug, insbesondere U-Boot, welches eine zuvor beschriebene Unterwasserseilwinde und/oder eine zuvor beschriebene Unterwassergarage aufweist.
[39] Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die
Figur 1 eine schematische Darstellung einer an einem U-Boot angeordneten
Unterwasserseilwinde, an welche ein AUV angekoppelt wird. [40] Eine Seilwinde 101 ist an ein U-Boot 131 fest angeordnet. Die Seilwinde 101 wird durch das U-Boot 131 mit Energie versorgt (nicht dargestellt) und weist eine bidirektionale Datenleitung auf (nicht dargestellt) . [41] In der Mitte der Seilwinde 101 ist eine drehbargelagerte Rolle 102 angeordnet. In diese Rolle 102 ist ein Ende des Seils 103 fest eingespannt. An dem anderen Ende des Seils 103 ist ein Koppelglied 111 angeordnet.
[42] Weiterhin weist die Seilwinde 101 ortsfest mehrere Hydrophone 109, einen Motor 105 und eine Steuerung 107 auf. Der Motor 105 ist derart ausgestaltet, dass der Rolle 102 eine definierte Umdrehungsgeschwindigkeit und/oder Drehmoment aufgeprägt werden kann. Zudem weist die Seilwinde 101 einen Wegsensor (nicht dargestellt) auf, welche die Längenänderung der Arbeitslänge des Seils 103 bestimmt. Der Weglängensensor umfasst an der Rolle angeordnete Markierungen, welche optisch mittels LED abgefragt werden.
[43] Das Koppelglied 111 ist so geformt, dass der Bug eines AUVs 121 optimal aufgenommen werden kann. Zudem weist das Koppelglied 111 an seinen Enden mehrere Schallgeber 113 auf, welche regelmäßige Schallsignale bestimmter Frequenzen abgeben. Zusätzlich ist an dem Koppelglied 111 eine GPS- Antenne angeordnet. Weiterhin sind an dem Koppelglied 111 drehbare Flügel angeordnet, welche bei gegebener Strömung einen Auf- oder Abtrieb bewirken.
[44] Das AUV 121 weist ein aktives Sonar 125 und einen AUV- Antrieb 123 auf. [45] Vorliegend sei das AUV 121 auf einer autonomen Mission unterwegs gewesen und soll vorliegend an das U-Boot 131 wieder herangeführt werden.
[46] Die Geschwindigkeit des U-Boots 131 wird über die Datenleitung an die Steuerung 107 als Wert übergeben. Zusätzlich bestimmt die Seilwinde 101 die Entfernung und die Geschwindigkeit des Koppelglieds 111 anhand der durch Schallgeber ausgesandten Unterwasserschallwellen definierter Frequenz. Anhand der gemessenen Frequenz und der bekannten Frequenz wird anhand des Dopplereffekts die Entfernungsgeschwindigkeit bestimmt .
[47] Weiterhin wird das Koppelglied 111 mit einer ersten Fiergeschwindigkeit vi , welche größer ist als die Fahrtgeschwindigkeit des U-Boots v0 heckseitig abgelassen. [48] Sobald der Koppelvorgang indiziert wird, wird die Koppelgeschwindigkeit v2 derart mittels des Motors 105 eingestellt, dass sich eine resultierende Geschwindigkeit vg ergibt, so dass aus Sicht des AUV s 121 sich das Koppelglied 111 mit einer Geschwindigkeit von lkn entfernt. [49] Das AUV 121 wiederrum bestimmt mittels seines Sonars 125 die durch die Schallgeber 113 ausgesandten Positionsdaten des Koppelgliedes 111 und passt sowohl Höhe als auch über seinen eigenen Antrieb 123 seine Geschwindigkeit VAUVan. Dabei wird die Geschwindigkeit langsam von 5 Knoten auf 1,5 Knoten reduziert bis das AUV 121 einen physischen Kontakt mit dem Koppelglied 111 ausprägt . [50] Sobald dies erfolgt, wird das AUV 121 durch das Koppelglied 111 durch eine Arretiervorrichtung (nicht dargestellt) befestigt. Anschließend prägt der Motor 105 der Rolle 102 eine andere Drehrichtung auf und zieht während der Weiterfahrt des U-Boots 131 das AUV 121 samt Koppelglied 111 heran. Sobald das Koppelglied 111 in seiner Endposition ist, ist das AUV 121 eingeholt und in einer Unterwassergarage (nicht dargestellt) verstaut.
Bezugs zeichenliste
101 Seilwinde
102 Rolle
103 Seil
105 Motor
107 Steuerung
109 Hydrophon
111 Koppelglied
113 Schallgeber
115 GPS-Antenne
121 AUV (autonomuous underwater vehicle) 123 Antrieb
125 Sonar
131 U-Boot

Claims

Patentansprüche :
Unterwasserseilwinde (101) zum An- und/oder Abkoppeln eines unbemannten Unterwasserfahrzeugs (121) an einem Windenseilende eines Windenseils (103) mit einer einer Spuleinrichtung (105) zugeordneten Steuereinrichtung (107), dem Windenseil und mit einer Koppeleinrichtung (111), wobei an dem Windenseilende die Koppeleinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung und die Spuleinrichtung derart ausgestaltet sind, dass eine Fiergeschwindigkeit der Koppeleinrichtung in Bezug auf eine Windengeschwindigkeit eines ortsfesten Bestandteils der Unterwasserseilwinde einstellbar ist.
Unterwasserseilwinde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Geschwindigkeitssensor (113, 109) .
Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung Auftriebselemente, insbesondere einstellbare
Auftriebselemente, und/oder einen Antrieb aufweist.
Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung ein Unterwasserschallreflexionsmaterial und/oder einen
Schallwandler (113) und/oder ein optisches
Reflexionsmaterial und/oder eine Lichtquelle, insbesondere LED, aufweist.
Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung eine Positionsbestimmungseinrichtung (115) und/oder eine Kommunikationseinrichtung aufweist . Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Windenseil eine Versorgungsleitung und/oder Datenleitung aufweist.
Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Überwachungssystem, insbesondere eine optische Kamera.
Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein lichtemittierendes System zum geräuschlosen Auffinden und Ankoppeln des unbemannten Unterwasserfahrzeugs an der Koppeleinrichtung.
Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Koppeleinrichtung das unbemannte Unterwasserfahrzeug angekoppelt ist.
Unterwassergarage, welche eine Unterwasserseilwinde nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
Wasserfahrzeug (131), insbesondere U-Boot, welches eine Unterwasserseilwinde nach einem der Ansprüche 1 bis 8 Und/oder eine Unterwassergarage nach Anspruch 9 aufweist.
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