EP3943377A1 - Unterwasserfahrzeug mit reduzierter detektionswahrscheinlichkeit über grosse distanzen - Google Patents

Unterwasserfahrzeug mit reduzierter detektionswahrscheinlichkeit über grosse distanzen Download PDF

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EP3943377A1
EP3943377A1 EP21190035.2A EP21190035A EP3943377A1 EP 3943377 A1 EP3943377 A1 EP 3943377A1 EP 21190035 A EP21190035 A EP 21190035A EP 3943377 A1 EP3943377 A1 EP 3943377A1
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EP
European Patent Office
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section
underwater vehicle
polygonal cross
outer shell
curvature
Prior art date
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EP21190035.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3943377B1 (de
EP3943377C0 (de
Inventor
Tom AVSIC
Randolf Teppner
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
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Publication date
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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
    • B63G8/28—Arrangement of offensive or defensive equipment
    • B63G8/34—Camouflage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/13—Hulls built to withstand hydrostatic pressure when fully submerged, e.g. submarine hulls
    • 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
    • B63G8/39—Arrangements of sonic watch equipment, e.g. low-frequency, sonar

Definitions

  • the invention relates to an underwater vehicle, in particular a submarine, with an outer shape, the shape being optimized to reduce detectability using active sonar. As a result, the distance from which the vehicle below can probably be detected can be significantly reduced.
  • Sonar in particular, is used today to detect submarines, with detection preferably taking place over large distances, for example 100 km.
  • the reflection of the sound waves must be avoided, especially towards the transmitter where the receiver is usually located.
  • This geometric consideration shows that the detectability of an underwater vehicle at a great distance depends in particular on the reflection of sound at an angle of ⁇ 20°, in particular at an angle of ⁇ 10°.
  • a cylindrical body has the property of reflecting a wave practically vertically isotropically and thus emitting practically the same energy in all vertical spatial directions. As a result, detection in the critical flat angle range is not particularly low.
  • the object of the invention is to create an underwater vehicle which has a significantly reduced detection probability under the conditions of locating over a distance.
  • the underwater vehicle according to the invention with a reduced probability of detection has an outer shell.
  • the underwater vehicle has a bow section, a stern section and a midship section.
  • the outer shell of the central ship section has a polygonal cross section transverse to the longitudinal direction of the underwater vehicle.
  • the outer hull of the midship section has a curvature along the longitudinal direction of the underwater vehicle over the entire length of the midship section.
  • the polygonal cross section per se is known for the targeted reflection of a detection wave in a direction deviating from the transmitter. This is known in principle in aircraft construction or ship construction, for example the Sea Shadow. Here, large, flat and tilted surfaces are used as reflectors.
  • the outer shell of the central ship section has a curvature along the longitudinal direction of the underwater vehicle.
  • the effect is that the energy of the detection wave can be significantly minimized in the critical flat angle range.
  • the curvature of the outer hull of the midship section extends the full length of the midship section.
  • the curvature can have a variable radius of curvature over the length, but the radius of curvature must not become infinite. This would form a flat surface at least at one point, which would reflect an incoming beam without dispersion.
  • the midship section is located between the bow section and the stern section.
  • the length of the bow section is 5% to 40%, preferably 5% to 30%, particularly preferably 5% to 20% of the total length of the underwater vehicle, with the bow section beginning at the bow of the underwater vehicle.
  • the stern section has a length of 5% to 40%, preferably 5% to 30%, particularly preferably 5% to 20% of the total length of the underwater vehicle, the stern section beginning at the stern of the underwater vehicle.
  • the center ship section thus has a length of 20% to 90%, preferably 40% to 90%, particularly preferably 60% to 90% of the total length of the underwater vehicle.
  • the power of the wave reflected in the direction of the transmitter can be reduced by a factor of 10,000, for example, compared to a conventional cylindrical underwater vehicle. This reduces the distance at which detection is likely by up to an order of magnitude. This significantly increases the freedom of movement of an underwater vehicle.
  • a triangle or a square can occur as a polygonal cross-section, these two polygons being less preferred due to the limited possibility of adjustment.
  • the polygonal cross section has rounded corner areas. This is advantageous in terms of manufacturing technology and hydrodynamics.
  • the polygonal cross section has a mirror plane perpendicular to the longitudinal axis. This means that the outer contours of the port side and the starboard side are the same.
  • the outer shell of the center ship section has a curvature across the entire cross section along the longitudinal direction of the underwater vehicle, transversely to the longitudinal direction of the underwater vehicle.
  • the outer shell has at least one first segment, the first segment forming a first conic section in the longitudinal direction of the underwater vehicle or being composed of two or more conic sections.
  • a segment is defined as an area bounded at the top and bottom by the edges of the polygonal cross-section. In the longitudinal direction, the expansion of the segment is limited by the expansion of the midship section.
  • a conic section is a portion of the mantle of a cone. Particularly preferably, a first segment and a corresponding second segment lying on the opposite side of the ship have mirror-image cutouts.
  • a cone or cone is a geometric figure that is defined by its height and radius.
  • the radius of curvature changes continuously transversely to the longitudinal direction of the underwater vehicle.
  • it can also be a cone section of an oblique cone in which the vertical axis is not in the center of the circular base area.
  • the outer shell has at least one third segment, the third segment forming a third conic section at least in sections, preferably completely, in the longitudinal direction of the underwater vehicle, the height and/or radius of the third conic section being different from the height and/or radius of the first conic are different.
  • the cone of the conic section has a height, the ratio of height to length of the underwater vehicle being between 0.5 and 1000, preferably between 3.5 and 130, particularly preferably between 8.0 and 35.
  • the cone of the conic section has a diameter, the ratio of the cone diameter to the length of the underwater vehicle being between 2 and 100, preferably between 6 and 50, particularly preferably between 10 and 20.
  • the underwater vehicle has a tower in the center ship section.
  • the tower particularly preferably has outer walls inclined by at least 10°, particularly preferably by at least 20°, relative to the vertical.
  • the tower has the same angle as the side of the polygonal cross-section adjacent below the tower.
  • the curvature of the central ship section has a radius of curvature, the ratio of the radius of curvature to the length of the underwater vehicle being between 5 and 1,000, preferably between 10 and 250, particularly preferably between 25 and 100.
  • the curvature of the midship section need not be constant over the entire length.
  • the curvature of the midships section can, in particular, increase towards the sections adjacent to the bow section and/or the stern section, for example in order to create a transition.
  • the curvature increases in the transition from the central nave to the bow section and decreases in the transition from the central nave to the region of the stern section.
  • the polygonal cross-section has a widest point, the widest point of the polygonal cross-section being located below or above the center, the center defining half the height of the polygonal cross-section.
  • the deviation from a symmetrical design makes it possible to deflect a larger part of the incoming detection wave in the same direction. If the widest point is below the middle, the larger part is reflected upwards and thus to the water surface. If the widest point is above the middle, the larger part is reflected downwards and thus to the seabed.
  • the first option is preferred for boat stability, and the second option is preferred for target size reduction.
  • the widest point of the polygonal cross-section is at least 10%, preferably at least 20%, of half the height of the polygonal cross-section below or above the center.
  • all planes of the polygonal cross section have an inclination of at least 10°, preferably at least 20°, relative to the vertical.
  • all planes of the polygonal cross-section have an inclination of 10° to 40° or 50° to 80° with respect to the vertical.
  • the angle of 45° should also be avoided, since the incoming wave is reflected, for example, on the water surface, is reflected back from it and is then reflected back directly to the transmitter. Although the intensity is lower due to the multiple reflections, it is still significantly higher compared to other angles.
  • the outer shell has a sound-absorbing property.
  • the outer shell can consist of a sound-absorbing material, have it or be coated with it. Since the absorption can never be complete, the two effects combine positively.
  • the outer shell for sound waves in the frequency range from 100 Hz to 100 kHz, in particular in the range from 1 kHz to 25 kHz im Is substantially reflective and / or absorbent. Since other, non-optimized structures can be arranged under the outer shell, the transmission through the outer shell must be kept as low as possible.
  • the sum of the degree of reflection, degree of absorption and degree of transmission is, according to definition, 1. It is regarded as essentially reflecting and/or absorbing if the degree of reflection and/or the degree of transmission is at least 0.75, preferably at least 0.9, particularly preferably at least 0.95.
  • the underwater vehicle has an essentially cylindrical pressure body under the outer shell.
  • the outer shell does not completely enclose the cylindrical pressure body.
  • the pressure body thus forms the outer shell in some areas. This can be the case, for example, at rather uncritical points, for example on the underside.
  • sensors in particular passive sonar sensors and/or fuel stores, are arranged between the outer shell and the pressure hull.
  • Fuel storage includes all forms of stored goods that are required to operate the submarine, for example, these are petrol or diesel tanks, hydrogen storage, for example in the form of compressed gas storage, liquid hydrogen storage or metal hydride storage, oxygen storage, for example in the form of compressed gas storage or liquid oxygen storage , methanol storage, ethanol storage, batteries, accumulators and compressed gas storage for gas turbines but also autonomous or remote-controlled underwater vehicles, weapons such as torpedoes or missiles, or decoys.
  • petrol or diesel tanks hydrogen storage, for example in the form of compressed gas storage, liquid hydrogen storage or metal hydride storage
  • oxygen storage for example in the form of compressed gas storage or liquid oxygen storage
  • methanol storage ethanol storage
  • batteries accumulators and compressed gas storage for gas turbines but also autonomous or remote-controlled underwater vehicles
  • weapons such as torpedoes or missiles, or decoys.
  • a propeller is arranged at the level of the widest point of the outer skin.
  • the underwater vehicle is a submarine.
  • the underwater vehicle is preferably a military underwater vehicle, particularly preferably a military submarine.
  • In 1 is the plan view of an underwater vehicle 10 with a bow section 20, a midship section 30 and a stern section 40, the underwater vehicle having a rudder 60, here in the form of a cross rudder, and a propeller 70 in the stern section 40.
  • the underwater vehicle 10 has an outer shell 50, which has a curvature of the central ship section in the longitudinal direction of the underwater vehicle 10, as can be seen in comparison to a pressure body 80 shown in simplified form as a cylinder.
  • the pressure hull 80 will also have rounded ends, preferably hemispherical ends, at the bow and at the stern, which has been neglected here for the sake of simplicity.
  • the pressure body 80 does not have to take up the full length.
  • weapon barrels can be arranged in the bow.
  • the outer shell 80 has a hexagonal cross section, the widest point 100 is exactly at the height of the center 90, which is formed by the center of the cylindrical pressure body 80. This point is used here and in the following as the center corresponding to half the height of the polygonal cross-section, since these practically coincide, but the center point is easier to represent visually. All surfaces of the outer shell 50 have an angle of 30° or 90° with respect to the vertical.
  • FIG. 3 shows a second exemplary cross section.
  • the outer shell 80 has an irregular hexagonal cross-section with the widest point 100 being located well above the center 90. FIG. As a result, a large part of the incoming waves are reflected to the seabed, which further minimizes the probability of detection.
  • the outer shell 80 has an irregular hexagonal cross-section with the widest point 100 being located well below the center 90.
  • FIG. 4 shows a third exemplary cross-section.
  • the outer shell 80 has an irregular hexagonal cross-section with the widest point 100 being located well below the center 90.
  • FIG. 4 shows a third exemplary cross-section.
  • the outer shell 80 has an irregular hexagonal cross-section with the widest point 100 being located well below the center 90.
  • FIG. As a result, although a large part of the incident waves are reflected to the water surface, the center of gravity of the underwater vehicle 10 can be arranged lower. This is advantageous for the stability of the underwater vehicle 10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterwasserfahrzeug 10 mit reduzierter Detektionswahrscheinlichkeit, wobei das Unterwasserfahrzeug 10 eine Außenhülle 50 aufweist, wobei das Unterwasserfahrzeug 10 eine Bugsektion 20, eine Hecksektion 40 und eine Mittelschiffsektion 30 aufweist, wobei die Außenhülle 50 der Mittelschiffsektion 30 quer zur Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs 10 einen polygonalen Querschnitt aufweist, wobei die Außenhülle 50 der Mittelschiffsektion 30 eine Krümmung der Mittelschiffssektion entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs 10 aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere ein Unterseeboot, mit einer äußeren Form, wobei die Form zur Reduzierung der Detektierbarkeit mittels aktiven Sonar optimiert ist. Hierdurch kann die Distanz, aus welcher das Unterfasserfahrzeug wahrscheinlich erfassbar ist, deutlich reduziert werden.
  • Unterwasserfahrzeuge, insbesondere militärische Unterseeboote, weisen aktuell üblicher Weise grob vereinfacht eine zylindrische Grundform im Mittelschiff mit einem halbkugelförmigen Bug und einem kegelförmigen Heck auf. Diese Form ist strömungsgünstig und als Einhüllen- oder Zweihüllenboot gut zu fertigen.
  • Zur Detektion von Unterseebooten wird heute insbesondere Sonar verwendet, wobei die Detektion vorzugsweise über große Distanzen, beispielsweise 100 km, erfolgen soll. Dieses führt dazu, dass die Schallwellen des Sonars in einem sehr flachen Winkel parallel zur Wasseroberfläche auf ein Unterwasserfahrzeug treffen. Um die Detektion zu vermeiden, muss die Reflexion der Schallwellen insbesondere zum Sender hin vermieden werden wo meist auch der Empfänger sitzt. Aus dieser geometrischen Betrachtung ergibt sich, dass die Detektierbarkeit eines Unterwasserfahrzeugs auf große Distanz insbesondere von der Reflexion von Schall in einem Winkel von ± 20°, insbesondere in einem Winkel von ± 10° abhängig ist.
  • Auf kurze Distanzen sind andere Ortungsmöglichkeiten, insbesondere Wärme, Schallemission, magnetisches Verhalten und viele andere mehr relevant, sodass hier die Detektierbarkeit regelmäßig durch andere Parameter bestimmt wird.
  • Ein zylindrischer Körper hat jedoch die Eigenschaft, eine Welle praktisch vertikal isotrop zu reflektieren und somit in alle vertikalen Raumrichtungen praktisch die gleiche Energie abzugeben. Dieses führt dazu, dass die Detektion im kritischen flachen Winkelbereich nicht besonders gering ist.
  • Aus der US 1,500,997 ist eine plattenförmige Verkleidung eines Unterseebootes zur Reduktion der Signatur bekannt.
  • Aus der GB 531 892 A ist ein elektrisch angetriebenes Kleinst-Unterseeboot bekannt.
  • Aus der DE 196 23 127 C1 ist ein Schallabsorber zur Verringerung des Zielmaßes bekannt.
  • Aus der DE 197 54 333 A1 ist ein Katamaran-Unterseeboot bekannt.
  • Aus der DE 1 196 531 A ist ein Unterwasserfahrzeug mit gekrümmter Oberfläche bekannt.
  • Aus der US 2005/0145159 A1 ist eine Schiffshüllenkonstruktion bekannt, welche eine Krümmung aufweist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Unterwasserfahrzeug zu schaffen, welches unter den Bedingungen der Ortung über Distanz eine deutlich verringerte Detektionswahrscheinlichkeit aufweist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Unterwasserfahrzeug mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Das erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug mit reduzierter Detektionswahrscheinlichkeit weist eine Außenhülle auf. Das Unterwasserfahrzeug weist eine Bugsektion, eine Hecksektion und eine Mittelschiffsektion auf. Die Außenhülle der Mittelschiffsektion weist quer zur Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs einen polygonalen Querschnitt auf. Ferner weist die Außenhülle der Mittelschiffsektion eine Krümmung entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs über die gesamte Länge der Mittelschiffsektion auf.
  • Der polygonale Querschnitt an sich ist bekannt zur gezielten Reflexion einer Detektionswelle in eine vom Sender abweichende Richtung. Dieses ist im Flugzeugbau oder Schiffbau, beispielsweise der Sea Shadow, prinzipiell bekannt. Hier werden große, ebene und verkippte Flächen als Reflektoren verwendet.
  • Dieses alleine hat den Nachteil, dass auch Reflexionen höherer Ordnung in andere Winkel auftreten und so eine Detektierbarkeit auch im kritischen flachen Winkelbereich erfolgen kann. Des Weiteren ist für ein Unterseeboot eine derartige Anordnung alleine auch nicht so wirksam wie beispielsweise für ein Flugzeug, da ein Unterseeboot von mehreren Grenzflächen umgeben ist, an denen eine Reflektion zum Sender erfolgen kann. Derartige Grenzflächen sind beispielsweise vor allem der Meeresgrund und die Wasseroberfläche, aber auch Flächen, die sich aus der Schichtung des Meerwassers ergeben können und Reflektionsebenen darstellen.
  • Um diesen Nachteil zu minimieren weist erfindungsgemäß die Außenhülle der Mittelschiffsektion eine Krümmung entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs auf. Hierdurch treten beide Effekte, Reflexion und Dispersion, auf. Effekt ist, dass die Energie der Detektionswelle im kritischen flachen Winkelbereich deutlich minimiert werden kann. Die Krümmung der Außenhülle der Mittelschiffsektion erstreckt sich über die gesamte Länge der Mittelschiffsektion. Die Krümmung kann hierbei über die Länge einen veränderlichen Krümmungsradius aufweisen, der Krümmungsradius darf jedoch nicht unendlich werden. Hierdurch würde sich wenigstens an einer Stelle eine ebene Fläche bilden, welche einen eintreffenden Strahl ohne Dispersion reflektieren würde.
  • Die Mittelschiffsektion ist zwischen der Bugsektion und der Hecksektion angeordnet. Die Bugsektion weist eine Länge von 5 % bis 40 %, bevorzugt von 5 % bis 30 %, besonders bevorzugt von 5 % bis 20 % der Gesamtlänge des Unterwasserfahrzeugs auf, wobei die Bugsektion am Bug des Unterwasserfahrzeugs beginnt. Die Hecksektion weist eine Länge von 5 % bis 40 %, bevorzugt von 5 % bis 30 %, besonders bevorzugt von 5 % bis 20 % der Gesamtlänge des Unterwasserfahrzeugs auf, wobei die Hecksektion am Heck des Unterwasserfahrzeugs beginnt. Somit weist die Mittelschiffsektion eine Länge von 20% bis 90 %, bevorzugt von 40 % bis 90 %, besonders bevorzugt von 60 % bis 90 % der Gesamtlänge des Unterwasserfahrzeugs auf.
  • Hierdurch kann die Leistung der in Senderrichtung reflektierten Welle um Faktor beispielsweise 10.000 gegenüber einem konventionellen zylinderförmigen Unterwasserfahrzeug verringert werden. Hierdurch sinkt die Entfernung, auf welche eine Detektion wahrscheinlich ist, um bis zu einer Größenordnung. Dieses steigert die Bewegungsfreiheit eines Unterwasserfahrzeugs deutlich.
  • Als polygonaler Querschnitt kann zum Beispiel ein Dreieck oder ein Viereck vorkommen, wobei diese beiden Polygone aufgrund der geringen Anpassungsmöglichkeit eher weniger bevorzugt sind. Bevorzugt sind hingegen Polygone mit 5 bis 10 Ecken beziehungsweise Seiten, wobei die Länge der Seiten sich weiter bevorzugt unterscheiden. Besonders bevorzugt sind gegenüberliegende Seiten paarweise jeweils gleich lang.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der polygonale Querschnitt abgerundete Eckbereiche auf. Dieses ist fertigungstechnisch und hydrodynamisch vorteilhaft.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der polygonale Querschnitt senkrecht zur Längsachse eine Spiegelebene auf. Dieses bedeutet, dass die Außenkontur der Backbordseite und der Steuerbordseite gleich sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Außenhülle der Mittelschiffsektion quer zur Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs über den gesamten Querschnitt eine Krümmung entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Außenhülle wenigstens ein erstes Segment auf, wobei das erste Segment in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugseinen ersten Kegelschnitt bildet oder aus zwei oder mehreren Kegelschnitten zusammengesetzt ist. Ein Segment ist als ein Bereich definiert, welcher oben und unten durch die Kanten des polygonalen Querschnitts begrenzt ist. In Längsrichtung ist die Ausdehnung des Segments durch die Ausdehnung der Mittelschiffsektion begrenzt. Ein Kegelschnitt ist ein Teilbereich des Mantels eines Kegels. Besonders bevorzugt weisen ein erstes Segment und ein auf der gegenüberliegenden Schiffsseite liegendes korrespondierendes zweites Segment spiegelbildliche Kegelausschnitte auf. Ein Kegel oder Konus ist eine geometrische Figur, welche sich über Höhe und Radius definiert. Bei einem Kegelausschnitt ändert sich somit der Krümmungsradius quer zur Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs kontinuierlich. Selbstverständlich kann es sich auch um einen Kegelausschnitt eines schiefen Kegels handeln, bei welchem die Höhenachse nicht mittig zur kreisförmigen Grundfläche liegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Außenhülle wenigstens ein drittes Segment auf, wobei das dritte Segment in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, einen dritten Kegelschnitt bildet, wobei Höhe und/oder Radius des dritten Kegelschnitts von Höhe und/oder Radius des ersten Kegelschnitts verschieden sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Kegel des Kegelschnitts eine Höhe auf, wobei das Verhältnis von Höhe zu Länge des Unterwasserfahrzeugs zwischen 0,5 und 1.000, bevorzugt zwischen 3,5 und 130, besonders bevorzugt zwischen 8,0 und 35, liegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Kegel des Kegelschnitts einen Durchmesser auf, wobei das Verhältnis von Kegeldurchmesser zu Länge des Unterwasserfahrzeugs zwischen 2 und 100, bevorzugt zwischen 6 und 50, besonders bevorzugt zwischen 10 und 20, liegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterwasserfahrzeug in der Mittelschiffsektion einen Turm auf. Besonders bevorzugt weist der Turm um wenigstens 10°, besonders bevorzugt um wenigstens 20°, gegenüber der Senkrechten geneigte Außenwände auf.
  • Besonders bevorzugt weist der Turm den gleichen Winkel wie die unterhalb des Turm angrenzende Seite des polygonalen Querschnitts auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Krümmung der Mittelschiffssektion einen Krümmungsradius auf, wobei das Verhältnis von Krümmungsradius zu Länge des Unterwasserfahrzeugs zwischen 5 und 1.000, bevorzugt zwischen 10 und 250, besonders bevorzugt zwischen 25 und 100, liegt.
  • Die Krümmung der Mittelschiffssektion muss nicht über die gesamte Länge konstant sein. Die Krümmung der Mittelschiffssektion kann insbesondere angrenzend an die Bugsektion und/oder Hecksektion zu den Sektionen hin ansteigend sein, beispielsweise um einen Übergang zu schaffen. Bevorzugt ist die Krümmung im Übergang vom Mittelschiff zur Bugsektion zunehmend und im Übergang vom Mittelschiff zum Bereich der Hecksektion abnehmend.
  • Beispielsweise ergibt sich somit für ein Unterwasserfahrzeug mit 80 m Länge eine Krümmung der Mittelschiffssektion welche eine Querschnittsvergrößerung eines gedachten, das Mittelschiff umfassenden Kreises gegenüber einer ungekrümmten, geraden Zylinderform von etwa 0,5 m bis 2 m bewirkt, wobei der Turm oder andere Auf- oder Anbauten hier gedanklich nicht berücksichtigt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der polygonale Querschnitt eine breiteste Stelle auf, wobei die breiteste Stelle des polygonalen Querschnitts unterhalb oder oberhalb der Mitte angeordnet ist, wobei die Mitte die halbe Höhe des polygonalen Querschnitts definiert ist.
  • Die Abweichung von einer symmetrischen Auslegung ermöglicht es, gezielt einen größeren Teil der eintreffenden Detektionswelle in die gleiche Richtung abzulenken. Befindet sich die breiteste Stelle unterhalb der Mitte, so wird der größere Teil nach oben und somit zur Wasseroberfläche reflektiert. Befindet sich die breiteste Stelle oberhalb der Mitte, so wird der größere Teil nach unten und somit zum Meeresgrund reflektiert. Für die Bootsstabilität ist die erste für die Verringerung des Zielmaßes die zweite Variante bevorzugt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die breiteste Stelle des polygonalen Querschnitts wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20% der halben Höhe des polygonalen Querschnitts unterhalb oder oberhalb der Mitte angeordnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen alle Ebenen des polygonalen Querschnitts eine Neigung von wenigstens 10°, bevorzugt von wenigstens 20°, gegenüber der Senkrechten auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen alle Ebenen des polygonalen Querschnitts eine Neigung von 10° bis 40° oder 50° bis 80° gegenüber der Senkrechten auf. Auch der Winkel von 45° ist zu vermeiden, da hierbei die eintreffende Welle beispielsweise an die Wasseroberfläche reflektiert wird, von dieser zurück reflektiert wird und dann wieder direkt zum Sender reflektiert wird. Zwar wird die Intensität durch die Mehrfachreflexion geringer, ist aber dennoch gegenüber anderen Winkeln deutlich erhöht.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Außenhülle eine schallabsorbierende Eigenschaft auf. Zusätzlich zur optimierten Geometrie kann die Außenhülle aus einem schallabsorbierenden Material bestehen, dieses aufweisen oder damit beschichtet sein. Da die Absorption nie vollständig sein kann, kombinieren sich die beiden Effekte positiv.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Außenhülle für Schallwellen im Frequenzbereich von 100 Hz bis 100 kHz, insbesondere im Bereich von 1 kHz bis 25 kHz im Wesentlichen reflektierend und/oder absorbierend ist. Da unter der Außenhülle andere, nicht optimierte Strukturen angeordnet sein können, muss die Transmission durch die Außenhülle so gering wie möglich gehalten werden. Die Summe aus Reflexionsgrad, Absorptionsgrad und Transmissionsgrad beträgt definitionsgemäß 1. Als im Wesentlichen reflektierend und/oder absorbierend wird angesehen, wenn der Reflexionsgrad und/oder der Transmissionsgrad wenigstens 0,75 bevorzugt wenigstens 0,9, besonders bevorzugt wenigstens 0,95 beträgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterwasserfahrzeug unter der Außenhülle einen im Wesentlichen zylindrischen Druckkörper auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Außenhülle den zylindrischen Druckkörper nicht vollständig. Somit bildet der Druckkörper bereichsweise die Außenhülle. Dieses kann beispielsweise an eher unkritischen Stellen, beispielsweise an der Unterseite der Fall sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwischen Außenhülle und Druckkörper Sensoren, insbesondere passive Sonarsensoren und/oder Betriebsstoffspeicher angeordnet.
  • Betriebsstoffspeicher umfassen alle Formen von Lagergütern, die zum Betrieb des Unterseeboots erforderlich sind, beispielhaft sind dieses Benzin- oder Dieseltanks, Wasserstoffspeicher, beispielsweise in Form von Druckgasspeicher, Flüssig-WasserstoffSpeicher oder Metallhydridspeicher, Sauerstoffspeicher, beispielsweise in Form von Druckgasspeicher oder Flüssig-Sauerstoff-Speicher, Methanolspeicher, Ethanolspeicher, Batterien, Akkumulatoren sowie Druckgasspeicher für Gasturbinen aber auch autonome oder ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge, Waffen, wie zum Beispiel Torpedos oder Flugkörper, oder Täuschkörper.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Propeller auf der Höhe der breitesten Stelle der Außenhaut angeordnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Unterwasserfahrzeug ein Unterseeboot. Bevorzugt ist das Unterwasserfahrzeug ein militärisches Unterwasserfahrzeug, besonders bevorzugt ein militärisches Unterseeboot.
  • Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    • Fig. 1
    Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Unterwasserfahrzeug
    Fig. 2
    Querschnitt eines ersten beispielhaften Unterwasserfahrzeugs
    Fig. 3
    Querschnitt eines zweiten beispielhaften Unterwasserfahrzeugs
    Fig. 4
    Querschnitt eines dritten beispielhaften Unterwasserfahrzeugs
    Fig. 5
    Querschnitt eines vierten beispielhaften Unterwasserfahrzeugs
  • In Fig. 1 ist die Aufsicht ein Unterwasserfahrzeug 10 mit einer Bugsektion 20, einer Mittelschiffsektion 30 und einer Hecksektion 40 dargestellt, wobei das Unterwasserfahrzeug in der Hecksektion 40 ein Ruder 60, hier in Form eines Kreuzruders, und einen Propeller 70 aufweist. Das Unterwasserfahrzeug 10 weist eine Außenhülle 50 auf, welche in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs 10 eine Krümmung der Mittelschiffssektion aufweist, wie im Vergleich zu einem vereinfacht als Zylinder dargestelltem Druckkörper 80 erkennbar ist. Praktisch wird der Druckkörper 80 am Bug und am Heck auch abgerundete Enden, vorzugsweise halbkugelförmige Enden aufweisen, was hier zur Vereinfachung vernachlässig wurde. Auch muss der Druckkörper 80 nicht die volle Länge einnehmen. Insbesondere können im Bug Waffenrohre angeordnet sein.
  • Fig. 2 zeigt einen ersten beispielhaften Querschnitt. Die Außenhülle 80 weist einen hexagonalen Querschnitt auf, die breiteste Stelle 100 liegt genau auf der Höhe der Mitte 90, welche durch den Mittelpunkt des zylinderförmigen Druckkörpers 80 gebildet wird. Dieser Punkt wird hier und im Folgenden sinngemäß als Mitte gemäß der halben Höhe des polygonalen Querschnitts verwendet, da diese praktisch zusammenfallen, sich der Mittelpunkt jedoch einfacher visuell darstellen lässt. Alle Flächen der Außenhülle 50 weisen einen Winkel von 30° beziehungsweise 90° gegenüber der Senkrechten auf.
  • Fig. 3 zeigt einen zweiten beispielhaften Querschnitt. Die Außenhülle 80 weist einen unregelmäßigen sechseckigen Querschnitt auf, wobei die breiteste Stelle 100 deutlich oberhalb der Mitte 90 angeordnet ist. Hierdurch wird ein Großteil der einfallenden Wellen zum Meeresgrund reflektiert, was eine weitere Minimierung der Detektionswahrscheinlichkeit zur Folge hat.
  • Fig. 4 zeigt einen dritten beispielhaften Querschnitt. Die Außenhülle 80 weist einen unregelmäßigen sechseckigen Querschnitt auf, wobei die breiteste Stelle 100 deutlich unterhalb der Mitte 90 angeordnet ist. Hierdurch wird zwar ein Großteil der einfallenden Wellen zur Wasseroberfläche reflektiert, der Schwerpunkt des Unterwasserfahrzeugs 10 kann jedoch tiefer angeordnet werden. Dieses ist für die Stabilität des Unterwasserfahrzeugs 10 vorteilhaft.
  • Im Gegensatz zu Fig. 2 bis Fig. 4 zeigt Fig. 5 einen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, der ansonsten prinzipiell gleich mit dem zweiten beispielhaften Querschnitt aus Fig. 3 ist. Zusätzlich sind zwischen der Außenhülle 50 und dem Druckkörper 80 Treibstoffspeicher 110 und Sonarsensoren 120 angeordnet.
  • Alle in Fig. 2 bis Fig. 5 gezeigten Querschnitte sind spiegelsymmetrisch ausgeführt. Dieses ist nicht notwendig, aber bevorzugt.
  • Bezugszeichen
    • 10
    Unterwasserfahrzeug
    20
    Bugsektion
    30
    Mittelschiffsektion
    40
    Hecksektion
    50
    Außenhülle
    60
    Ruder
    70
    Propeller
    80
    Druckkörper
    90
    Mitte
    100
    breiteste Stelle
    110
    Treibstoffspeicher
    120
    Sonarsensoren

Claims (15)

  1. Unterwasserfahrzeug (10) mit reduzierter Detektionswahrscheinlichkeit, wobei das Unterwasserfahrzeug (10) eine Außenhülle (50) aufweist, wobei das Unterwasserfahrzeug (10) eine Bugsektion (20), eine Hecksektion (40) und eine Mittelschiffsektion (30) aufweist, wobei die Außenhülle (50) der Mittelschiffsektion (30) quer zur Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) einen polygonalen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) der Mittelschiffsektion (30) eine Krümmung entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) über die gesamte Länge der Mittelschiffsektion (30) aufweist.
  2. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt abgerundete Eckbereiche aufweist.
  3. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt senkrecht zur Längsachse eine Spiegelebene aufweist.
  4. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) der Mittelschiffsektion (30) quer zur Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) über den gesamten Querschnitt eine Krümmung entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) aufweist.
  5. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) einen Kegelschnitt bildet oder aus zwei oder mehreren Kegelschnitten zusammengesetzt ist.
  6. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug (10) in der Mittelschiffsektion (30) einen Turm aufweist.
  7. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Mittelschiffssektion einen Krümmungsradius aufweist, wobei das Verhältnis von Krümmungsradius zu Länge des Unterwasserfahrzeugs (10) zwischen 5 und 1.000, bevorzugt zwischen 10 und 250, besonders bevorzugt zwischen 25 und 100, liegt.
  8. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt eine breiteste Stelle (100) aufweist, wobei die breiteste Stelle (100) des polygonalen Querschnitts unterhalb oder oberhalb der Mitte (90) angeordnet ist, wobei die Mitte (90) als halbe Höhe des polygonalen Querschnitts definiert ist.
  9. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die breiteste Stelle (100) des polygonalen Querschnitts wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20 % der halben Höhe des polygonalen Querschnittsunterhalb oder oberhalb der Mitte (90) angeordnet ist.
  10. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ebenen des polygonalen Querschnitts eine Neigung von wenigstens 10°, bevorzugt von wenigstens 20°, gegenüber der Senkrechten aufweisen.
  11. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ebenen des polygonalen Querschnitts eine Neigung von 10° bis 40° oder 50° bis 80° gegenüber der Senkrechten aufweisen.
  12. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) eine schallabsorbierende Eigenschaft aufweist.
  13. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) für Schallwellen im Frequenzbereich von 100 Hz bis 100 kHz, insbesondere im Bereich von 1 kHz bis 25 kHz im Wesentlichen reflektierend und/oder absorbierend ist.
  14. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug (10) unter der Außenhülle (50) einen im Wesentlichen zylindrischen Druckkörper (80) aufweist.
  15. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außenhülle (50) und Druckkörper (80) Sensoren, insbesondere passive Sonarsensoren (120), und/oder Treibstoffspeicher (110) angeordnet sind.
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