EP3927615A1 - Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares unterwasserfahrzeug - Google Patents

Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares unterwasserfahrzeug

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Publication number
EP3927615A1
EP3927615A1 EP20705315.8A EP20705315A EP3927615A1 EP 3927615 A1 EP3927615 A1 EP 3927615A1 EP 20705315 A EP20705315 A EP 20705315A EP 3927615 A1 EP3927615 A1 EP 3927615A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
area
modification module
buoyancy
module
Prior art date
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Granted
Application number
EP20705315.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3927615C0 (de
EP3927615B1 (de
Inventor
Nicolas Richter
Sascha Nehren
Andreas Jess
Thomas Voss
Willem Hendrik Wehner
Marc SCHIEMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3927615A1 publication Critical patent/EP3927615A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3927615C0 publication Critical patent/EP3927615C0/de
Publication of EP3927615B1 publication Critical patent/EP3927615B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/22—Adjustment of buoyancy by water ballasting; Emptying equipment for ballast tanks
    • 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
    • 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
    • B63G2008/004—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned autonomously operating

Definitions

  • Buoyancy modification module for a modular underwater vehicle
  • the invention relates to a buoyancy modification module for a modular underwater vehicle and an underwater vehicle.
  • Modular watercraft are usually put together in a mission-typical way and consist of different modules that take on different functions.
  • the various modules are connected to one another in a similar way to standard containers.
  • the modules usually have standardized external dimensions and connecting elements.
  • the type and number of modules can be easily selected and simply connected to form an underwater vehicle depending on the mission.
  • the mass and thus the buoyancy of the modular watercraft can change during the mission.
  • the modular watercraft can hold objects, for example rock samples, measuring devices, raw materials, waste and much more.
  • the modular watercraft can deliver objects, for example measuring devices, consumables (for example fuel for underwater equipment), smaller autonomous underwater vehicles and much more.
  • Buoyancy within the meaning of the invention can be positive or negative. Negative lift is also called downforce.
  • a modular watercraft with at least one utility element and two first bow elements is known from DE 10 2017 200 078 A1.
  • a method for controlling a buoyancy control device is known from WO 2016/026894 A1.
  • a device for pressing a buoyancy tank is known from DE 10 2010 047 677 A1.
  • a configurable underwater vehicle is known from WO 2009/008880 A1.
  • the object of the invention is to create a module with which the buoyancy of a modular underwater vehicle can be modified in order to compensate for the pick-up or release of objects.
  • the buoyancy modification module according to the invention for a modular underwater vehicle has at least one first frame, the frame being designed to connect the buoyancy modification module to further modules.
  • the buoyancy modification module is flushed with water. This means that unused spaces in the buoyancy modification module are buoyancy-neutral.
  • the entire module does not have to be designed as a pressure body, which would be problematic, for a simple combination of modules, for example a cuboid basic shape of the module, is optimal, which, however, a pressure body is not optimal.
  • the frame can actually be designed as a framework in the form of the edges of a cuboid. This enables the modules to be easily connected in all three spatial directions.
  • the buoyancy modification module has at least one first pressure hull, the first pressure hull having at least one first flood area. At least one first pump is arranged in the buoyancy modification module, the first pump being able to convey water from the surroundings or a buoyancy-neutral reservoir into the first flood area and from the first flood area into the surroundings or a buoyancy-neutral reservoir.
  • the system is comparatively simple. However, it is disadvantageous that the pump itself and also the first flood area are thus exposed to the effects of the surrounding water. Impurities, corrosion and growth are particularly relevant.
  • a buoyancy-neutral reservoir can, for example, have the shape of a balloon. However, this changes the volume. In addition, the elastic materials used for this age comparatively quickly, which increases the risk of failure. The space requirement must also be taken into account in the construction.
  • the frame has a basic shape which corresponds to a straight prism with a regular square as the base.
  • the frame has a cuboid basic shape, a cuboid being a straight prism with a rectangle as the base area.
  • the first pressure body has at least one first drying area, the at least one first pump being arranged in the first drying area
  • the arrangement of the first pump in the first dry area inside the first pressure hull enables the use of a simpler pump, which is not is exposed to both the ambient water and the ambient pressure as well as the resulting changing ambient conditions.
  • the buoyancy modification module has at least one first gas area, the first gas area being connected to the first flood area.
  • the first gas area has a first gas pressure when the first flood area is completely emptied. Furthermore, when the first flood area is completely flooded, the first gas area has a second gas pressure. The difference between the first gas pressure and the second gas pressure results from the reduction in the space available for the gas in the first gas region.
  • the first flood area and the first gas area form a common space.
  • the first flow region 2/3 represents this common area and the first gas region 1/3, so is this common space flooded maximum 2/3 system.
  • this would triple the gas pressure between the emptied state and the flooded state.
  • the separation between the first Flood area and the gas area take place purely in terms of control technology, for example through the pressure change inside.
  • the buoyancy modification module has at least one second gas area, the first gas area and the second gas area being connected to one another in a gas-carrying manner.
  • the first gas area is arranged in the first pressure hull and the second gas area is arranged outside the first pressure hull.
  • the second gas region is arranged in a second pressure body.
  • the second pressure body particularly preferably forms the second gas region.
  • the second pressure body is a pressurized gas cylinder.
  • the buoyancy modification module can also have more than one second gas area.
  • two, three, four, six, eight or ten commercially available gas pressure bottles can form second gas areas.
  • the first gas area and the second gas area are connected via a first gas pump.
  • the resulting gas pressure results from the reduction or increase in the available volume.
  • a pressure difference can be generated by a gas pump.
  • the pressure acting against the first pump during flooding can be reduced in order to save power there.
  • the disadvantage is the increase in the complexity of the system.
  • the first gas area and the second gas area are connected via a first valve, the first valve preventing the penetration of liquid into the second gas area.
  • the first valve is a check valve or another one-way valve.
  • the first gas area has a first gas pressure when the first flood area is completely emptied, the first gas pressure corresponding to half the maximum immersion pressure. This pressure has proven to be optimal to keep the performance of the first pump at the lowest possible level and thus to save energy.
  • the first gas area has a second gas pressure when the first flood area is completely flooded, the second gas pressure corresponding to 1.5 times the maximum immersion pressure. This pressure has proven to be optimal to keep the performance of the first pump at the lowest possible level and thus to save energy.
  • the first gas area when the first flood area is completely emptied, has a first gas pressure, the first gas pressure corresponding to half the maximum immersion pressure, and when the first flood area is completely flooded, a second gas pressure, the second gas pressure being 1.5 times the maximum immersion pressure .
  • This combination has proven to be optimal for keeping the performance of the first pump at the lowest possible level and thus saving energy.
  • the first gas area and the first drying area are connected to one another in a gas-carrying manner. This allows the volume surrounding the first pump to be used. At the same time, the first pump remains dry. A somewhat more compact design is thus possible.
  • a valve is preferably arranged between the first gas area and the first drying area, which valve prevents the penetration of water into the first drying area.
  • the first gas area and the first flood area are separated from one another by a movable, liquid-tight layer.
  • a movable, liquid-tight layer for example a film, can prevent water from getting into the first gas area. This can also prevent gas from the first gas region from being released into the environment by the first pump.
  • the first pump is selected from the group consisting of diaphragm pumps, plunger pumps and rotary vane pumps.
  • the first pump is preferably a plunger pump.
  • the buoyancy modification module has a second pump, the first pump and the second pump being connected in parallel.
  • the first pump and the second pump particularly preferably have a common drive.
  • the buoyancy modification module more preferably has a third pump, the first pump, the second pump and the third pump being connected in parallel.
  • the first pump, the second pump and the third pump particularly preferably have a common drive.
  • the buoyancy modification module has the external dimensions 2991 mm by 2438 mm by 2438 mm.
  • the invention relates to a modular underwater vehicle.
  • the modular underwater vehicle consists of at least three modules. At least one module is a first buoyancy modification module according to the invention.
  • the modules have a basic shape which corresponds to a straight prism with a regular square as a base.
  • the modules have a cuboid basic shape, a cuboid being a straight prism with a rectangle as the base area.
  • This enables an optimal combination of the modules, both in terms of stability and space utilization.
  • Not all modules have to have an identical shape.
  • all modules have the same footprint so that they can easily be arranged one behind the other in a row.
  • the length can differ between the modules.
  • modules can have different base areas, for example and in particular a module can have a base area twice as large as another module, whereby this module can be combined with two further modules arranged next to one another.
  • the foremost and rearmost modules have a shape that differs significantly from this in order to design the bow and the stern of the underwater vehicle in a streamlined manner. In each case, only compatibility with the base area of the next adjacent module is necessary.
  • the first buoyancy modification module is mechanically connected to all adjacent modules. Furthermore, the first buoyancy modification module has an electrical connection with at least one adjacent module. The first buoyancy modification module preferably has a data connection with at least one adjacent module.
  • Underwater vehicle on at least a first payload module Underwater vehicle on at least a first payload module.
  • the first lift modification module and the first payload module are preferably adjacent. This is advantageous because the first payload module can change the mass of the modular underwater vehicle when a payload is deposited or picked up. The closer the first buoyancy modification module is, the smaller the change in the trim of the modular underwater vehicle.
  • Underwater vehicle has a second buoyancy modification module, the first buoyancy modification module being adjacent to the first payload module on the bow side and the second buoyancy modification module being adjacent to the first payload module on the stern side.
  • This symmetrical arrangement allows the trim to be kept particularly stable.
  • buoyancy modification module according to the invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.
  • Fig. 1 first not flooded buoyancy modification module
  • a first buoyancy modification module 10 is shown in the non-flooded state and in FIG. 2 in the flooded state.
  • the buoyancy modification module 10 has a Frame 20 and a first pressure body 30 connected to frame 20.
  • the interior of first pressure body 30 is divided into two areas.
  • the left area is divided into a first flooding area 50, which is provided for flooding with water, and a first gas area 60, in which a gas, in particular air or nitrogen, is located.
  • a second buoyancy modification module 10 which additionally has two second gas areas 70, which are connected to the first gas area 60.
  • the second gas areas 70 are preferably designed in the form of commercially available pressurized gas cylinders. The advantage is that these can be arranged in addition to the usually cylindrical first pressure body 30, making good use of the space in the frame 30. Furthermore, these are commercially available and therefore comparatively inexpensive components.
  • the third buoyancy modification module 10 shown in FIG. 4 additionally has a gas pump 80, via which gas can be conveyed from the first gas area 60 into the second gas area 70 and back.
  • the modular underwater vehicle 100 has a first payload module 110.
  • a lift modification module 10 is arranged in front of and behind the payload module 110.
  • the modular underwater vehicle 100 also has a bow module 120 which, for example, can have sonar and control electronics.
  • An energy module 130 is arranged at the rear. This can have an accumulator, a fuel cell and / or a diesel engine that is independent of the outside air. All other modules are supplied with energy by the energy module 130.
  • the modular underwater vehicle 100 also has a stern module 140, which has, for example, the traction motor and a propeller as well as the rudders. Reference number

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Auftriebsmodifikationsmodul 10 für ein modulares Unterwasserfahrzeug, wobei das Auftriebsmodifikationsmodul 10 wenigstens einen ersten Rahmen 20 aufweist, wobei der Rahmen 20 zur Verbindung des Auftriebsmodifikationsmoduls 10 mit weiteren Modulen ausgebildet ist, wobei das Auftriebsmodifikationsmodul 10 wenigstens einen ersten Druckkörper 30 aufweist, wobei der erste Druckkörper 30 wenigstens einen ersten Flutbereich 50 und wenigstens einen ersten Trockenbereich aufweist, wobei im ersten Trockenbereich wenigstens eine erste Pumpe 40 angeordnet ist, wobei die erste Pumpe 40 Wasser aus der Umgebung oder einem auftriebsneutralem Reservoir in den ersten Flutbereich 50 und aus dem ersten Flutbereich 50 in die Umgebung oder ein auftriebsneutrales Reservoir fördern kann.

Description

Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares Unterwasserfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares Unterwasserfahrzeug sowie ein Unterwasserfahrzeug.
Modulare Wasserfahrzeuge werden üblicherweise missionstypisch zusammengestellt und bestehen aus verschiedenen Modulen, welche verschiedene Funktionen übernehmen. Hierbei werden die verschiedenen Module ähnlich wie Standardcontainer miteinander verbunden. Hierzu besitzen die Module üblicherweise standardisierte Außenmaße sowie Verbindungselemente. Art und Anzahl der Module können so einfach ausgewählt werden und durch einfaches Verbinden missionsabhängig zu einem Unterwasserfahrzeug verbunden werden.
Bei einer Mission kann sich die Masse und damit der Auftrieb des modularen Wasserfahrzeugs während der Mission ändern. Beispielsweise kann das modulare Wasserfahrzeug Gegenstände aufnehmen, beispielsweise Gesteinsproben, Messvorrichtungen, Rohstoffe, Abfälle und vieles andere mehr. Alternativ oder zusätzlich kann das modulare Wasserfahrzeug Gegenstände abgeben, zum Beispiel Messvorrichtungen, Verbrauchsmittel (beispielsweise Treibstoff an Unterwassereinrichtung), kleinere autonome Unterwasserfahrzeuge und vieles andere mehr.
Auftrieb im Sinne der Erfindung kann positiv oder negativ sein. Negativer Auftrieb wird auch Abtrieb genannt.
Aus der DE 10 2017 200 078 A1 ist ein modulares Wasserfahrzeug mit wenigstens einem Nutzelement und zwei ersten Bugelementen bekannt.
Aus der WO 2016/026894 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Auftriebskontrollvorrichtung bekannt.
Aus der GB 2 351 718 A ist eine Auftriebskontrollvorrichtung bekannt. Aus der EP 0 850 830 A2 ist ein Unterseeboot mit mehreren Druckkörpern bekannt.
Aus der US 9,315,248 B2 ist ein modulares System zur Herstellung von Unterwasserrobotern bekannt.
Aus der DE 10 2010 047 677 A1 ist eine Vorrichtung zum Bedrücken eines Auftriebstanks bekannt.
Aus der WO 2009/008880 A1 ist ein konfigurierbares Unterwasserfahrzeug bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Modul zu schaffen, mit dem der Auftrieb eines modularen Unterwasserfahrzeugs modifiziert werden kann, um die Aufnahme oder Abgabe von Gegenständen zu kompensieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein modulares Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 17 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Auftriebsmodifikationsmodul für ein modulares Unterwasserfahrzeug weist wenigstens einen ersten Rahmen auf, wobei der Rahmen zur Verbindung des Auftriebsmodifikationsmoduls mit weiteren Modulen ausgebildet ist. Das Auftriebsmodifikationsmodul ist wasserdurchspült. Somit sind nicht genutzte Räume des Auftriebsmodifikationsmoduls auftriebsneutral. Weiter muss nicht das gesamte Modul als Druckkörper ausgeführt sein, was problematisch wäre, dafür eine einfache Kombination von Modulen beispielsweise eine quaderförmige Grundform des Moduls optimal ist, welche einen Druckkörper jedoch nicht optimal ist. Der Rahmen kann im einfachsten Fall tatsächlich als Rahmengestell in Form der Kanten eines Quaders ausgeführt sein. Hierdurch kann eine gute Verbindbarkeit der Module in alle drei Raumrichtungen erreicht werden. Das Auftriebsmodifikationsmodul weist wenigstens einen ersten Druckkörper auf, wobei der erste Druckkörper wenigstens einen ersten Flutbereich aufweist. Im Auftriebsmodifikationsmodul ist wenigstens eine erste Pumpe angeordnet, wobei die erste Pumpe Wasser aus der Umgebung oder einem auftriebsneutralen Reservoir in den ersten Flutbereich und aus dem ersten Flutbereich in die Umgebung oder ein auftriebsneutrales Reservoir fördern kann.
Fördert die erste Pumpe Wasser aus der Umgebung, so ist das System vergleichsweise einfach. Nachteilig ist jedoch, dass somit die Pumpe selbst sowie auch der erste Flutbereich den Auswirkungen des Umgebungswassers ausgesetzt sind. Insbesondere relevant sind Verunreinigungen, Korrosion und Bewuchs.
Fördert die erste Pumpe Wasser in und aus einem auftriebsneutralen Reservoir, so kann sauberes Wasser verwendet werden. Ein auftriebsneutrales Reservoir kann beispielsweise ballonförmig ausgeführt sein. Flierdurch ändert sich jedoch das Volumen. Außerdem altern die hierfür verwendeten elastischen Materialien vergleichsweise schnell, sodass hierdurch das Ausfallrisiko steigt. Weiter ist der Platzbedarf bei der Konstruktion zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Rahmen eine Grundform auf, die einem geraden Prisma mit einem regelmäßigen Viereck als Grundfläche entspricht. Beispielsweise und insbesondere weist der Rahmen eine quaderförmige Grundform auf, wobei ein Quader ein gerades Prisma mit einem Rechteck als Grundfläche ist. Hierdurch ist eine optimale Kombination der Module möglich, sowohl was Stabilität als auch Raumnutzung betrifft.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Druckkörper wenigstens einen ersten Trockenbereich auf, wobei im ersten Trockenbereich die wenigstens eine erste Pumpe angeordnet ist
Die Anordnung der ersten Pumpe im ersten Trockenbereich im Inneren des ersten Druckkörpers ermöglicht die Verwendung einer einfacheren Pumpe, welche nicht sowohl dem Umgebungswasser als auch dem Umgebungsdruck sowie den sich daraus wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Auftriebsmodifikationsmodul wenigstens einen ersten Gasbereich auf, wobei der erste Gasbereich mit dem ersten Flutbereich verbunden ist.
Prinzipiell besteht die Möglichkeit, dass bei jedem Tauchvorgang das im ersten Flutbereich vorhandene Gas ausgestoßen wird und beim Entleeren aus einem Druckvorrat neu eingeleitet wird. Dieses ist jedoch bei Unterwasserfahrzeugen problematisch, die entweder in große Tiefen, beispielsweise 2000 m, Vordringen wollen, oder eine größere Anzahl an Tauchvorgängen beziehungsweise Tiefenänderungen vornehmen sollen. Da übliche Gasflaschen mit einem Druck von insbesondere 300 bar arbeiten führt dieses bei 2000 m Tiefe dazu, dass pro Tauchvorgang ein Vielfaches an Volumen an Gasflaschen im Verhältnis zum ersten Flutbereich mitgeführt werden muss. Daher ist vorteilhaft, dass das im ersten Flutbereich befindliche Gas beim Fluten im ersten Gasbereich komprimiert wird. Flierdurch muss die erste Pumpe zwar gegen den steigenden Druck arbeiten, das Gasvolumen muss jedoch beim erneuten Aufsteigen nicht erneut bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Gasbereich bei vollständig entleertem ersten Flutbereich einen ersten Gasdruck auf. Weiter weist der erste Gasbereich bei vollständig geflutetem ersten Flutbereich einen zweiten Gasdruck auf. Der Unterschied zwischen dem ersten Gasdruck und dem zweiten Gasdruck ergibt sich durch die Verringerung des dem im ersten Gasbereich befindlichen Gases zur Verfügung stehenden Raum.
Im einfachsten Fall bilden der erste Flutbereich und der erste Gasbereich einen gemeinsamen Raum. Wenn also beispielsweise der erste Flutbereich 2/3 dieses gemeinsamen Raums ausmacht und der erste Gasbereich 1/3, so wird dieser gemeinsame Raum maximal zu 2/3 geflutet. Hierdurch würde sich in erster Näherung (ideales Gasgesetz) der Gasdruck zwischen dem entleerten Zustand und dem gefluteten Zustand verdreifachen. Hierbei kann die Trennung zwischen dem ersten Flutbereich und dem Gasbereich rein regelungstechnisch, beispielsweise durch die Druckänderung im Inneren erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Auftriebsmodifikationsmodul wenigstens einen zweiten Gasbereich auf, wobei der erste Gasbereich und der zweite Gasbereich gasführend miteinander verbunden sind. Beispielsweise und bevorzugt ist der erste Gasbereich im ersten Druckkörper angeordnet und der zweite Gasbereich außerhalb des ersten Druckkörpers angeordnet. Beispielsweise und insbesondere ist der zweite Gasbereich in einem zweiten Druckkörper angeordnet. Besonders bevorzugt bildet der zweite Druckkörper den zweiten Gasbereich. Beispielsweise und bevorzugt ist der zweite Druckkörper eine Druckgasflasche. Beispielsweise und insbesondere kann das Auftriebsmodifikationsmodul auch mehr als einen zweiten Gasbereich aufweisen. Beispielsweise und bevorzugt können zwei, drei, vier, sechs, acht oder zehn handelsübliche Gasdruckflaschen zweite Gasbereiche bilden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Gasbereich und der zweite Gasbereich über eine erste Gaspumpe verbunden. Ohne eine Gaspumpe ergibt sich der resultierende Gasdruck aus der Verkleinerung beziehungsweise Vergrößerung des zur Verfügung stehenden Volumens. Durch eine Gaspumpe kann eine Druckdifferenz erzeugt werden. Zusätzlich kann der gegen die erste Pumpe wirkende Druck beim Fluten reduziert werden, um dort Leistung einzusparen. Nachteilig ist jedoch die Erhöhung der Komplexität des Systems.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Gasbereich und der zweite Gasbereich über ein erstes Ventil verbunden, wobei das erste Ventil das Eindringen von Flüssigkeit in den zweiten Gasbereich verhindert. Beispielsweise ist das erste Ventil ein Rückschlagventil oder anderes Einwegeventil.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Gasbereich bei vollständig entleertem ersten Flutbereich einen ersten Gasdruck auf, wobei der erste Gasdruck der Hälfte des maximalen Tauchdrucks entspricht. Dieser Druck hat sich als optimal herausgestellt, um die Leistung der ersten Pumpe auf möglichst geringem Niveau zu halten und so Energie zu sparen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Gasbereich bei vollständig geflutetem ersten Flutbereich einen zweiten Gasdruck auf, wobei der zweite Gasdruck dem 1 ,5fachen des maximalen Tauchdrucks entspricht. Dieser Druck hat sich als optimal herausgestellt, um die Leistung der ersten Pumpe auf möglichst geringem Niveau zu halten und so Energie zu sparen.
Besonders bevorzugt weist der erste Gasbereich bei vollständig entleertem ersten Flutbereich einen ersten Gasdruck auf, wobei der erste Gasdruck der Hälfte des maximalen Tauchdrucks entspricht, und bei vollständig geflutetem ersten Flutbereich einen zweiten Gasdruck auf, wobei der zweite Gasdruck dem 1 ,5fachen des maximalen Tauchdrucks entspricht. Dieser Kombination hat sich als optimal herausgestellt, um die Leistung der ersten Pumpe auf möglichst geringem Niveau zu halten und so Energie zu sparen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Gasbereich und der erste Trockenbereich gasführend miteinander verbunden. Hierdurch kann das die erste Pumpe umgebende Volumen genutzt werden. Gleichzeitig bleibt die erste Pumpe trocken. Somit ist eine etwas kompaktere Bauweise möglich. Bevorzugt ist zwischen dem ersten Gasbereich und dem ersten Trockenbereich ein Ventil angeordnet, welches Eindringen von Wasser in den ersten Trockenbereich verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Gasbereich und der erste Flutbereich über eine bewegliche, flüssigkeitsdichte Schicht voneinander getrennt. Durch eine bewegliche, flüssigkeitsdichte Schicht, beispielsweise eine Folie, kann verhindert werden, dass Wasser nicht in den ersten Gasbereich gelangen kann. Auch kann hierdurch verhindert werden, dass Gas aus dem ersten Gasbereich durch die erste Pumpe in die Umgebung abgegeben werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Pumpe ausgewählt aus der Gruppe Membranpumpe, Plungerpumpe, Drehschieberpumpe. Bevorzugt ist die erste Pumpe eine Plungerpumpe. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Auftriebsmodifikationsmodul eine zweite Pumpe auf, wobei die erste Pumpe und die zweite Pumpe parallel geschaltet sind. Besonders bevorzugt weisen die erste Pumpe und die zweite Pumpe einen gemeinsamen Antrieb auf. Weiter bevorzugt weist das Auftriebsmodifikationsmodul eine dritte Pumpe auf, wobei die erste Pumpe, die zweite Pumpe und die dritte Pumpe parallel geschaltet sind. Besonders bevorzugt weisen die erste Pumpe, die zweite Pumpe und die dritte Pumpe einen gemeinsamen Antrieb auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Auftriebsmodifikationsmodul die Außenmaße 2991 mm mal 2438 mm mal 2438 mm auf.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein modulares Unterwasserfahrzeug. Das modulare Unterwasserfahrzeug besteht aus wenigstens drei Modulen. Wenigstens ein Modul ist ein erstes erfindungsgemäßen Auftriebsmodifikationsmodul.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Module eine Grundform auf, die einem geraden Prisma mit einem regelmäßigen Viereck als Grundfläche entspricht. Beispielsweise und insbesondere weisen die Module eine quaderförmige Grundform auf, wobei ein Quader ein gerades Prisma mit einem Rechteck als Grundfläche ist. Hierdurch ist eine optimale Kombination der Module möglich, sowohl was Stabilität als auch Raumnutzung betrifft. Hierbei müssen nicht alle Module eine identische Form haben. Beispielsweise haben alle Module die gleiche Grundfläche, sodass diese hintereinander leicht in einer Reihe angeordnet werden können. Die Länge kann hierbei zwischen den Modulen unterschiedliche sein. Ebenso können Module unterschiedliche Grundflächen aufweisen, beispielsweise und insbesondere kann ein Modul einen doppelt so große Grundfläche wie ein weiteres Modul aufweisen wodurch dieses Modul mit zwei nebeneinander angeordneten weiteren Modulen kombiniert werden kann. Insbesondere das vorderste und hinterste Modul weisen hiervon eine deutlich abweichende Form auf, um den Bug und das Heck des Unterwasserfahrzeugs strömungsgünstig auszubilden. Jeweils lediglich eine Kompatibilität zur Grundfläche des nächst angrenzenden Moduls notwendig. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Auftriebsmodifikationsmodul mit allen benachbarten Modulen mechanisch verbunden. Weiter weist das erste Auftriebsmodifikationsmodul mit wenigstens einem benachbarten Modul eine elektrische Verbindung auf. Bevorzugt weist das erste Auftriebsmodifikationsmodul mit wenigstens einem benachbarten Modul eine Datenverbindung auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das modulare
Unterwasserfahrzeug wenigstens ein erstes Nutzlastmodul auf. Bevorzugt sind das erste Auftriebsmodifikationsmodul und das erste Nutzlastmodul benachbart. Dieses ist vorteilhaft, da durch das erste Nutzlastmodul eine Massenänderung des modularen Unterwasserfahrzeugs erfolgen kann, wenn eine Nutzlast abgesetzt oder aufgenommen wird. Je näher also das erste Auftriebsmodifikationsmodul ist, desto geringer ist die Veränderung der Trimmung des modularen Unterwasserfahrzeugs.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das modulare
Unterwasserfahrzeug ein zweites Auftriebsmodifikationsmodul auf, wobei das erste Auftriebsmodifikationsmodul bugseitig zum ersten Nutzlastmodul benachbart ist und das zweite Auftriebsmodifikationsmodul heckseitig zum ersten Nutzlastmodul benachbart ist. Durch diese symmetrische Anordnung kann die Trimmung besonders stabil gehalten werden.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Auftriebsmodifikationsmodul anhand in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 erstes nicht geflutetes Auftriebsmodifikationsmodul
Fig. 2 erstes geflutetes Auftriebsmodifikationsmodul
Fig. 3 zweites geflutetes Auftriebsmodifikationsmodul mit zweitem Gasbereich
Fig. 4 drittes geflutetes Auftriebsmodifikationsmodul mit Gaspumpe
Fig. 5 Modulares Unterwasserfahrzeug
In Fig. 1 ist ein erstes Auftriebsmodifikationsmodul 10 im nicht gefluteten Zustand und in Fig. 2 im gefluteten Zustand gezeigt. Das Auftriebsmodifikationsmodul 10 weist einen Rahmen 20 und einen mit dem Rahmen 20 verbundenen ersten Druckkörper 30. Der Innenraum des ersten Druckkörpers 30 teilt sich in zwei Bereiche. Rechts findet sich ein erster Trockenbereich, in welchem sich die erste Pumpe 40 befindet. Mit Hilfe der ersten Pumpe 40 kann Wasser aus der Umgebung in den linken Bereich des Druckkörpers 30 gefördert werden beziehungsweise in die entgegengesetzte Richtung. Der linke Bereich teilt sich in einen ersten Flutbereich 50, welcher zur Flutung mit Wasser vorgesehen ist, sowie einen ersten Gasbereich 60, in welchem sich ein Gas, insbesondere Luft oder Stickstoff, befindet.
In Fig. 3 ist ein zweites Auftriebsmodifikationsmodul 10 gezeigt, welches zusätzlich zwei zweite Gasbereiche 70 aufweist, welche mit dem ersten Gasbereich 60 verbunden sind. Bevorzugt sind die zweiten Gasbereiche 70 in Form von handelsüblichen Druckgasflaschen ausgeführt. Vorteil ist, dass diese neben dem üblicherweise zylinderförmigen ersten Druckkörper 30 gut unter Ausnutzung des Platzes im Rahmen 30 angeordnet werden können. Des Weiteren handelt es sich um handelsübliche und damit vergleichsweise günstige Komponenten.
Das in Fig. 4 gezeigte dritte Auftriebsmodifikationsmodul 10 weist zusätzlich eine Gaspumpe 80 auf, über welche Gas aus dem ersten Gasbereich 60 in den zweiten Gasbereich 70 und zurück gefördert werden kann.
Fig. 5 zeigt ein beispielhaftes modulares Unterwasserfahrzeug 100. Das modulare Unterwasserfahrzeug 100 weist ein erstes Nutzlastmodul 110 auf. Um die Masseänderung des Nutzlastmoduls 110 während der Mission zu kompensieren, sind vor und hinter dem Nutzlastmodul 110 jeweils ein Auftriebsmodifikationsmodul 10 angeordnet. Beispielsweise weist das modulare Unterwasserfahrzeug 100 noch ein Bugmodul 120 auf, welches beispielsweise ein Sonar und Steuerungselektronik aufweisen kann. Am Heck ist ein Energiemodul 130 angeordnet. Dieses kann einen Akkumulator, eine Brennstoffzelle und/oder einen außenluftunabhängigen Dieselmotor aufweisen. Durch das Energiemodul 130 werden alle anderen Module mit Energie versorgt. Weiter weist das modulare Unterwasserfahrzeug 100 ein Heckmodul 140 auf, welches beispielsweise den Fahrmotor und einen Propeller sowie die Ruder aufweist. Bezugszeichen
10 Auftriebsmodifikationsmodul 20 Rahmen
30 erster Druckkörper
40 erste Pumpe
50 erster Flutbereich
60 erster Gasbereich
70 zweiter Gasbereich
80 Gaspumpe
100 Modulares Unterwasserfahrzeug
110 Nutzlastmodul
120 Bugmodul
130 Energiemodul
140 Heckmodul

Claims

Patentansprüche
1. Auftriebsmodifikationsmodul (10) für ein modulares Unterwasserfahrzeug, wobei das Auftriebsmodifikationsmodul (10) wasserdurchspült ist, wobei das Auftriebsmodifikationsmodul (10) wenigstens einen ersten Rahmen (20) aufweist, wobei der Rahmen (20) zur Verbindung des Auftriebsmodifikationsmoduls (10) mit weiteren Modulen ausgebildet ist, wobei das Auftriebsmodifikationsmodul (10) wenigstens einen ersten Druckkörper (30) aufweist, wobei der erste Druckkörper (30) wenigstens einen ersten Flutbereich (50) aufweist, wobei im Auftriebsmodifikationsmodul (10) wenigstens eine erste Pumpe (40) angeordnet ist, wobei die erste Pumpe (40) Wasser aus der Umgebung oder einem auftriebsneutralen Reservoir in den ersten Flutbereich (50) und aus dem ersten Flutbereich (50) in die Umgebung oder ein auftriebsneutrales Reservoir fördern kann.
2. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckkörper (30) wenigstens einen ersten Trockenbereich aufweist, wobei im ersten Trockenbereich die wenigstens eine erste Pumpe (40) angeordnet ist.
3. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftriebsmodifikationsmodul (10) wenigstens einen ersten Gasbereich (60) aufweist, wobei der erste Gasbereich (60) mit dem ersten Flutbereich (50) verbunden ist.
4. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) bei vollständig entleertem ersten Flutbereich (50) einen ersten Gasdruck aufweist, wobei der erste Gasbereich (60) bei vollständig geflutetem ersten Flutbereich (50) einen zweiten Gasdruck aufweist, wobei der Unterschied zwischen dem ersten Gasdruck und dem zweiten Gasdruck sich durch die Verringerung des dem im ersten Gasbereich (60) befindlichen Gases zur Verfügung stehenden Raum ergibt.
5. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftriebsmodifikationsmodul (10) wenigstens einen zweiten Gasbereich (70) aufweist, wobei der erste Gasbereich (60) und der zweite Gasbereich (70) gasführend miteinander verbunden sind.
6. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) im ersten Druckkörper (30) angeordnet ist, wobei der zweite Gasbereich (70) außerhalb des ersten Druckkörpers (30) angeordnet ist.
7. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasbereich (70) in einem zweiten Druckkörper angeordnet ist.
8. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) und der zweite Gasbereich (70) über ein erstes Ventil verbunden sind, wobei das erste Ventil das Eindringen von Flüssigkeit in den zweiten Gasbereich (70) verhindert.
9. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) bei vollständig entleertem ersten Flutbereich (50) einen ersten Gasdruck aufweist, wobei der erste Gasdruck der Hälfte des maximalen Tauchdrucks entspricht.
10. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) bei vollständig geflutetem ersten Flutbereich (50) einen zweiten Gasdruck aufweist, wobei der zweite Gasdruck dem 1 ,5fachen des maximalen Tauchdrucks entspricht.
11.Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) und der erste Trockenbereich gasführend miteinander verbunden sind.
12. Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasbereich (60) und der erste Flutbereich (50) über eine bewegliche, flüssigkeitsdichte Schicht voneinander getrennt sind.
13. Modulares Unterwasserfahrzeug (100), wobei das modulare Unterwasserfahrzeug (100) aus wenigstens drei Modulen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Modul ein erstes Auftriebsmodifikationsmodul (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche ist.
14. Modulares Unterwasserfahrzeug (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Auftriebsmodifikationsmodul (10) mit allen benachbarten Modulen mechanisch verbunden ist, wobei das erste Auftriebsmodifikationsmodul (10) mit wenigstens einem benachbarten Modul eine elektrische Verbindung aufweist.
15. Modulares Unterwasserfahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das modulare Unterwasserfahrzeug (100) wenigstens ein erstes Nutzlastmodul (110) aufweist, wobei das erste Auftriebsmodifikationsmodul (10) und das erste Nutzlastmodul (110) benachbart sind.
16. Modulares Unterwasserfahrzeug (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das modulare Unterwasserfahrzeug (100) ein zweites Auftriebsmodifikationsmodul (10) aufweist, wobei das erste Auftriebsmodifikationsmodul (10) bugseitig zum ersten Nutzlastmodul (110) benachbart ist, aufweist, wobei das zweite Auftriebsmodifikationsmodul (10) heckseitig zum ersten Nutzlastmodul (110) benachbart ist.
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