EP3560815B1 - Ruderanordnung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an oar arrangement in an underwater vehicle.
- Modern underwater vehicles today have a so-called X-rudder, for example the submarine class U 212 A or Dolphin class, or a cross rudder, for example the submarine class U 214 or Los Angeles class.
- These rudders consist of four rudder blades (be it full floating rudders or split rudders), with the rudder two rudder blades being arranged horizontally and two rudder blades vertically.
- the rudder blades each have an angle of approximately 45 ° to the horizontal.
- these rudder arrangements can be somewhat susceptible to detection by active sonar.
- the susceptibility can be given by vertical surfaces, for example in the case of the aileron, or by two surfaces at an angle of approximately 90 ° to one another, for example in the case of the X rudder. This is due to the fact that a location by a surface vehicle or a submarine with an active sonar is carried out regularly at an angle of less than 10 ° to the horizontal due to the distance.
- a control device for underwater and aircraft is known with a pair of front and rear control fins rotatably arranged on the outer wall of the vehicle.
- the object of the invention is to provide an oar arrangement which has a reduced susceptibility to active sonar without restricting the maneuverability of the underwater vehicle.
- the underwater vehicle according to the invention has an X rudder, the X rudder having a first, a second, a third and a fourth rudder blade.
- the X rudder has a first group with the first and second rudder blades and a second group with the third and fourth rudder blades, the first group and the second group being arranged offset in the longitudinal direction of the underwater vehicle.
- first rudder blade and the third rudder blade are arranged on the port side and the second rudder blade and the fourth rudder blade are arranged on the starboard side.
- offset in the longitudinal direction of the underwater vehicle is understood to mean that no two rudder blades are arranged one above the other. These therefore do not form surfaces arranged at an angle of approximately 90 ° to one another, as a result of which reflection of a sound wave from an active sonar back to the transmitter is avoided.
- the first group and the second group are arranged adjacent to one another in the longitudinal direction of the underwater vehicle. Due to the adjacent arrangement, all rudder blades can be arranged as far as possible at the stern. As a result, the hydrodynamic behavior and thus the maneuverability is least changed compared to today's X-rudder arrangement.
- first group and the second group could be spaced apart from one another in the longitudinal direction of the underwater vehicle.
- the spacing can also make it difficult to locate a bistatic sonar, that is to say a sonar in which the transmitter and receiver are arranged at different locations, for example on different watercraft.
- the rudder blades have a surface that reflects sound.
- the characteristic acoustic impedance Z F is relevant for the reflection or transmission of a sound wave, the characteristic acoustic impedance Z F being the product of density ⁇ and speed of sound c.
- the thickness of the material and the wavelength are also relevant in the material.
- Plastic foams, especially rigid foams, have proven to be good reflectors for the frequencies commonly used in sonar. Therefore, the rudder blades are particularly preferably on the surfaces in contact with the water made of plastic foam, in particular hard foam.
- the rudder blades have an inclination to the horizontal of 20 ° to 70 °.
- the rudder blades particularly preferably have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °.
- an angle of approximately 45 ° below the horizontal By avoiding an angle of approximately 45 ° below the horizontal, a reflection back to the transmitter is avoided, the sonar wave being reflected upwards by the rudder blade, being reflected back from the water surface onto the rudder blade and being reflected back towards the transmitter by the rudder blade.
- a too steep arrangement of the rudder blades of more than 70 ° should also preferably be avoided in order to avoid direct reflection to the transmitter. It should be taken into account here that the reflection never takes place exactly at a certain angle, but that there is always an angular distribution in the case of sound.
- the first group is arranged on the rear side and the first and the second rudder blade have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being below the horizontal.
- the second group is arranged on the bow side, preferably directly adjacent to the first group, and the third and fourth rudder blades have an inclination to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being above the horizontal.
- the first group is arranged on the bow side and the first and the second rudder blade have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being below the horizontal.
- the second group is arranged at the rear, preferably directly adjacent to the first group, and the third and fourth rudder blades have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being above the horizontal.
- the first group is arranged on the rear side.
- the second group is arranged on the bow side, preferably directly adjacent to the first group.
- the second and fourth rudder blades have an inclination to the Horizontal from 50 ° to 60 °, with the inclination above the horizontal.
- the first and third rudder blades have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being below the horizontal.
- the first group is arranged on the rear side.
- the second group is arranged on the bow side, preferably directly adjacent to the first group.
- the second and fourth rudder blades have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being below the horizontal.
- the first and third rudder blades have an inclination with respect to the horizontal of 50 ° to 60 °, the inclination being above the horizontal.
- the underwater vehicle has a round cross section and the rudder blades are attached close to the equator. Below the equator, the horizontal cross section through the shell of the underwater vehicle is viewed, in which the underwater vehicle has the greatest extent.
- the rudder blades are arranged no more than 10% of the circumference of the underwater vehicle from the equator.
- the rudder blades are particularly preferably arranged on the equator.
- the underwater vehicle has a flattened cross section, the cross section each having an edge on the sides of the underwater vehicle.
- the rudder blades are arranged on the edge. This arrangement prevents right angles from forming between the shell of the underwater vehicle and the rudder blades.
- the embodiment of a flattened cross-section with an edge on each side is particularly preferred, since this can reduce the overall target size for the underwater vehicle.
- the underwater vehicle is preferably a submarine, an autonomous underwater vehicle or a torpedo. It is particularly preferably a submarine.
- the AIM-9 Sidewinder has a cruciform rudder arrangement and stabilizer arrangement, which could also be modified according to the invention. This also applies to all others Embodiments of the invention. The only modification is that the rudder blades can be designed to be reflective to radar.
- Fig. 1 the classic X-rudder arrangement according to the prior art can be seen, the submarine 10 having a flattened cross section in order to minimize the target dimension.
- the rudder blades 20 are each arranged at an angle of approximately 45 ° to the horizontal just before the propeller 30 at the stern of the submarine 10. It is disadvantageous that an incoming sound wave 40 of an active sonar is reflected back directly to the transmitter as a reflected sound wave 50.
- the submarine 10 can thus be located with an active sonar, even if it already has a flattened cross section, as shown here.
- Fig. 2 shows a rudder arrangement according to the invention on a submarine 10.
- the first group 22 is formed from two rudder blades, which are arranged at the stern shortly in front of the propeller 30 at an angle of approximately 50 ° to the horizontal downward.
- the second group 24 is offset in the longitudinal direction of the underwater vehicle and is arranged adjacent to the first group 22, the rudder blades being arranged at an angle of approximately 50 ° to the horizontal upwards.
- An incoming sound wave 40 is reflected as a reflected sound wave 50 away from the transmitter. By avoiding a 45 ° angle, there is no back reflection to the transmitter together with the water surface, not shown here.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Ruderanordnung bei einem Unterwasserfahrzeug.
- Moderne Unterwasserfahrzeuge weisen heute ein sogenanntes X-Ruder, beispielsweise die Unterseebootklasse U 212 A oder Dolphin-Klasse, oder ein Kreuzruder, beispielsweise die Unterseebootklasse U 214 oder Los Angeles Klasse, auf. Diese Ruder bestehen aus vier Ruderblättern (seien es Vollschweberuder oder geteilte Ruder), wobei beim Kreuzruder zwei Ruderblätter horizontal und zwei Ruderblätter vertikal angeordnet sind. Beim X-Ruder weisen die Ruderblätter jeweils einen Winkel von etwa 45° gegenüber der Horizontalen auf. Diese beiden Ruderanordnungen haben sich als besonders effizient zur Steuerung des Unterwasserfahrzeugs erwiesen.
- Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Ruderanordnungen gegenüber der Ortung durch Aktivsonar eine gewisse Anfälligkeit aufweisen können. Die Anfälligkeit kann durch senkrechte Flächen, beispielsweise beim Kreuzruder, oder durch zwei im Winkel von etwa 90 ° zueinander stehenden Flächen, beispielsweise beim X-Ruder, gegeben sein. Dieses begründet sich dadurch, dass eine Ortung durch ein Überwasserfahrzeug oder ein Unterseeboot mit einem Aktivsonar bereits aufgrund des Abstandes regelmäßig unter einem Winkel von weniger als 10° zur Horizontalen erfolgt.
- Aus der
DE 32 42 290 A1 ist ein Kreuzruder mit verschieden großen und dadurch versetzt angeordneten Ruderblättern bekannt. - Aus der
DE 1 092 797 A1 ist eine Steuervorrichtung für Unterwasser- und Luftfahrzeuge mit je einem Paar vorderer und hinterer, drehbar an der Außenwand des Fahrzeuges angeordneten Steuerflossen bekannt. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ruderanordnung zu schaffen, welche eine reduzierte Anfälligkeit gegenüber einem Aktivsonar aufweist ohne die Manövrierfähigkeit des Unterwasserfahrzeugs einzuschränken.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch das Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
- Das erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug weist ein X-Ruder auf, wobei das X-Ruder ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Ruderblatt aufweist. Das X-Ruder weist eine erste Gruppe mit dem ersten und dem zweiten Ruderblatt sowie eine zweite Gruppe mit dem dritten und dem vierte Ruderblatt auf, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet sind.
- Hierbei sind vorzugsweise das erste Ruderblatt und das dritte Ruderblatt backbord und das zweite Ruderblatt und das vierte Ruderblatt steuerbord angeordnet.
- Unter in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass keine zwei Ruderblätter übereinander angeordnet sind. Diese bilden somit keine in einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnete Flächen, wodurch eine Reflexion einer Schallwelle eines aktiven Sonars zurück zum Sender vermieden wird.
- Erfindungsgemäß sind die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs aneinander angrenzend angeordnet. Durch die angrenzende Anordnung können alle Ruderblätter soweit wie möglich am Heck angeordnet werden. Hierdurch wird das hydrodynamische Verhalten und somit die Manövrierfähigkeit gegenüber der heutigen X-Ruderanordnung am wenigsten verändert.
- Alternativ könnten die erste Gruppe und die zweite Gruppe in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs voneinander beabstandet sein. Durch die Beabstandung kann eine Ortung auch durch ein bistatisches Sonar, also durch ein Sonar, bei welchem Sender und Empfänger an verschiedenen Orten, beispielsweise auf verschiedenen Wasserfahrzeugen angeordnet sind, erschwert werden.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Ruderblätter eine für Schall reflektierende Oberfläche auf. Für die Reflexion bzw. Transmission einer Schallwelle ist die Schallkennimpedanz ZF relevant, wobei die Schallkennimpedanz ZF das Produkt aus Dichte ρ und Schallgeschwindigkeit c ist. Weiter relevant sind die Dicke des Materials sowie die Wellenlänge im Material. Kunststoffschäume, insbesondere Hartschäume, haben sich als gute Reflektoren für die im Sonar üblicherweise verwendeten Frequenzen erwiesen. Daher sind die Ruderblätter besonders bevorzugt an den mit dem Wasser in Kontakt stehenden Flächen aus Kunststoffschaum, insbesondere aus Hartschaum.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Ruderblätter eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 20° bis 70° auf. Besonders bevorzugt weisen die Ruderblätter eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf. Durch die Vermeidung eines Winkels von etwa 45° unterhalb der Horizontalen wird eine Reflexion zurück zum Sender vermieden, wobei die Sonarwelle vom Ruderblatt nach oben reflektiert wird, von der Wasseroberfläche auf das Ruderblatt zurück reflektiert wird und vom Ruderblatt wieder in Richtung Sender zurück reflektiert wird. Eine zu steile Anordnung der Ruderblätter von mehr als 70° sollte ebenfalls vorzugsweise vermieden werden, um eine direkte Reflexion zum Sender zu vermeiden. Zu berücksichtigen ist hierbei, dass die Reflexion nie ausschließlich exakt in einem bestimmten Winkel erfolgt, sondern dass bei Schall stets eine Winkelverteilung bei der Reflexion vorliegt.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe heckseitig angeordnet und das erste und das zweite Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist. Die zweite Gruppe ist bugseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet und das dritte und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe bugseitig angeordnet und das erste und das zweite Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist. Die zweite Gruppe ist heckseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet und das dritte und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe heckseitig angeordnet. Die zweite Gruppe ist bugseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet. Das zweite und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist. Das erste und das dritte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Gruppe heckseitig angeordnet. Die zweite Gruppe ist bugseitig, vorzugsweise unmittelbar an die erste Gruppe angrenzend, angeordnet. Das zweite und das vierte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist. Das erste und das dritte Ruderblatt weisen eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° auf, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterwasserfahrzeug einen runden Querschnitt auf und die Ruderblätter sind äquatornah angebracht. Unter dem Äquator wird der horizontale Querschnitt durch die Hülle des Unterwasserfahrzeugs angesehen, in welchem das Unterwasserfahrzeug die größte Ausdehnung aufweist. Unter äquatornah ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Ruderblätter nicht mehr als 10 % des Umfangs des Unterwasserfahrzeugs vom Äquator entfernt angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Ruderblätter am Äquator angeordnet.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterwasserfahrzeug einen abgeflacht Querschnitt auf, wobei der Querschnitt an den Seiten des Unterwasserfahrzeugs jeweils eine Kante aufweist. Die Ruderblätter sind an der Kante angeordnet. Durch diese Anordnung wird vermieden, dass sich rechte Winkel zwischen der Hülle des Unterwasserfahrzeugs und den Ruderblättern ausbilden. Die Ausführungsform eines abgeflachten Querschnitts mit einer Kante an jeder Seite ist besonders bevorzugt, da hierdurch das Zielmaß für das Unterwasserfahrzeug insgesamt reduziert werden kann.
- Bevorzugt handelt es sich bei dem Unterwasserfahrzeug um ein Unterseeboot, ein autonomes Unterwasserfahrzeug oder um einen Torpedo. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Unterseeboot.
- Selbstverständlich ist diese Erfindung auch auf Luftfahrzeuge übertragbar. Beispielsweise das AIM-9 Sidewinder weist eine kreuzförmige Ruderanordnung und Stabilisatorenanordnung auf, welche ebenfalls erfindungsgemäß modifizierbar wäre. Dieses gilt auch für alle weiteren Ausführungsformen der Erfindung. Einzige Abwandlung ist, dass die Ruderblätter besonders bevorzugt für Radar reflektierend ausgebildet sein können.
- Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- Fig. 1
- X-Ruder, Stand der Technik
- Fig. 2
- erfindungsgemäße Ruderanordnung
- In
Fig. 1 ist die klassische X-Ruderanordnung nach dem Stand der Technik zu erkennen, wobei das Unterseeboot 10 einen abgeflachten Querschnitt aufweist, um das Zielmaß zu minimieren. Die Ruderblätter 20 sind jeweils in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen kurz vor dem Propeller 30 am Heck des Unterseeboots 10 angeordnet. Nachteilig ist, dass eine eintreffende Schallwelle 40 eines Aktivsonars direkt als reflektierte Schallwelle 50 zum Sender zurückreflektiert wird. Somit kann mit einem Aktivsonar das Unterseeboot 10 geortet werden, selbst wenn dieses wie hier gezeigt, bereits einen abgeflachten Querschnitt aufweist. -
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ruderanordnung an einem Unterseeboot 10. Die erste Gruppe 22 wird aus zwei Ruderblättern gebildet, welche am Heck kurz vor dem Propeller 30 mit einem Winkel von etwa 50° zur Horizontalen nach unten gerichtet angeordnet sind. Die zweite Gruppe 24 ist in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt und an die erste Gruppe 22 angrenzend angeordnet, wobei die Ruderblätter einen Winkel von etwa 50° zur Horizontalen nach oben gerichtet angeordnet sind. Eine eintreffende Schallwelle 40 wird als reflektierte Schallwelle 50 vom Sender weg reflektiert. Durch die Vermeidung eines 45° Winkels kommt es auch nicht zusammen mit der hier nicht gezeigten Wasseroberfläche zu einer Rückreflexion zum Sender. -
- 10
- Unterseeboot
- 20
- Ruderblatt
- 22
- erste Gruppe
- 24
- zweite Gruppe
- 30
- Schraube
- 40
- eintreffende Schallwelle
- 50
- reflektierte Schallwelle
Claims (7)
- Unterwasserfahrzeug, wobei das Unterwasserfahrzeug ein X-Ruder aufweist, wobei das X-Ruder ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Ruderblatt (20) aufweist, wobei das Ruder eine erste Gruppe (22) mit dem ersten und dem zweiten Ruderblatt (20) aufweist und eine zweite Gruppe (24) mit dem dritten und dem vierte Ruderblatt (20), wobei die erste Gruppe (22) und die zweite Gruppe (24) in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs versetzt angeordnet sind, wobei die erste Gruppe (22) und die zweite Gruppe (24) in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs aneinander angrenzend angeordnet sind.
- Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter (20) eine für Schall reflektierende Oberfläche aufweisen.
- Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter (20) eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 20° bis 70° aufweisen.
- Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderblätter (20) eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 30° bis 43° aufweisen.
- Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe (22) heckseitig angeordnet ist und das erste und das zweite Ruderblatt (20) eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° aufweisen, wobei die Neigung unterhalb der Horizontalen ist, wobei die zweite Gruppe (24) bugseitig angeordnet ist und das dritte und das vierte Ruderblatt (20) eine Neigung gegenüber der Horizontalen von 50° bis 60° aufweisen, wobei die Neigung oberhalb der Horizontalen ist.
- Unterwasserfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug einen runden Querschnitt aufweist und die Ruderblätter (20) äquatornah angebracht sind.
- Unterwasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug einen abgeflachten Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt an den Seiten jeweils eine Kante aufweist und wobei die Ruderblätter (20) an der Kante oder nahe der Kante angeordnet sind.
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