EP3943377B1 - Unterwasserfahrzeug mit reduzierter detektionswahrscheinlichkeit über grosse distanzen - Google Patents

Unterwasserfahrzeug mit reduzierter detektionswahrscheinlichkeit über grosse distanzen Download PDF

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EP3943377B1
EP3943377B1 EP21190035.2A EP21190035A EP3943377B1 EP 3943377 B1 EP3943377 B1 EP 3943377B1 EP 21190035 A EP21190035 A EP 21190035A EP 3943377 B1 EP3943377 B1 EP 3943377B1
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EP
European Patent Office
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section
underwater vehicle
polygonal cross
curvature
midship
Prior art date
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Active
Application number
EP21190035.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3943377A1 (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
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.)
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Publication date
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Publication of EP3943377B1 publication Critical patent/EP3943377B1/de
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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 external shape, wherein the shape is optimized to reduce detectability by means of active sonar. As a result, the distance from which the underwater vehicle is likely to be detectable can be significantly reduced.
  • sonar is used in particular to detect submarines, with detection preferably taking place over long distances, for example 100 km. This means that the sound waves from the sonar hit an underwater vehicle at a very shallow angle parallel to the water surface. To avoid detection, reflection of the sound waves must be avoided, particularly towards the transmitter, where the receiver is usually located. From this geometric consideration, it follows that the detectability of an underwater vehicle over long distances depends in particular on the reflection of sound at an angle of ⁇ 20°, especially 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. This means that the detection in the critical flat angle range is not particularly low.
  • From the DE 1 196 531 A is an underwater vehicle with a curved surface.
  • From the US 4 577 583 A is an underwater vehicle with a streamlined hull.
  • the object of the invention is to create an underwater vehicle which has a significantly reduced detection probability under the conditions of location over a distance.
  • the underwater vehicle according to the invention with reduced detection probability has an outer hull.
  • the underwater vehicle has a bow section, a stern section and a midship section.
  • the outer hull of the midship 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 itself is known for the targeted reflection of a detection wave in a direction deviating from the transmitter. This is used in aircraft construction or shipbuilding, for example the Sea Shadow, is known in principle. Here, large, flat and tilted surfaces are used as reflectors.
  • the outer shell of the midship section has a curvature along the longitudinal direction of the underwater vehicle. This causes both effects, reflection and dispersion, to occur. The effect is that the energy of the detection wave in the critical flat angle range can be significantly minimized.
  • the curvature of the outer shell of the midship section extends over the entire length of the midship section. The curvature can have a variable radius of curvature over the length, but the radius of curvature must not be infinite. This would form a flat surface at least in one place, which would reflect an incoming beam without dispersion.
  • the midship section is arranged between the bow section and the stern section.
  • the bow 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, 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, with the stern section beginning at the stern of the underwater vehicle.
  • the midship 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.
  • a triangle or a square can be used as a polygonal cross-section, for example, although these two polygons are less preferred due to the limited scope for adaptation.
  • Polygons with 5 to 10 corners or sides are preferred, although the length of the sides preferably differs. Opposite sides are particularly preferred if they are the same length in pairs.
  • 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 contour of the port side and the starboard side are the same.
  • the outer hull of the midship section has a curvature along the longitudinal direction of the underwater vehicle over the entire cross section, transverse to the longitudinal direction of the underwater vehicle.
  • the outer shell has at least a 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 which is limited at the top and bottom by the edges of the polygonal cross section. In the longitudinal direction, the extent of the segment is limited by the extent of the midship section.
  • a conic section is a partial area of the shell of a cone. Particularly preferably, a first segment and a corresponding second segment on the opposite side of the ship have mirror-image conical sections.
  • a cone is a geometric figure which is defined by height and radius. In a conical section, the radius of curvature thus changes continuously transversely to the longitudinal direction of the underwater vehicle. Of course, it can also be a conical section of an oblique cone in which the height axis is not centered on the circular base.
  • the outer shell has at least a third segment, wherein the third segment forms a third conic section at least in sections, preferably completely, in the longitudinal direction of the underwater vehicle, wherein the height and/or radius of the third conic section are different from the height and/or radius of the first conic section.
  • the cone of the conic section has a height, wherein the ratio of height to length of the underwater vehicle is between 0.5 and 1,000, preferably between 3.5 and 130, particularly preferably between 8.0 and 35.
  • the cone of the conic section has a diameter, wherein the ratio of cone diameter to length of the underwater vehicle is between 2 and 100, preferably between 6 and 50, particularly preferably between 10 and 20.
  • the underwater vehicle has a tower in the midship 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 midship section has a radius of curvature, wherein the ratio of radius of curvature to length of the underwater vehicle is between 5 and 1,000, preferably between 10 and 250, particularly preferably between 25 and 100.
  • the curvature of the midship section does not have to be constant over the entire length.
  • the curvature of the midship section can increase towards the sections, particularly adjacent to the bow section and/or stern section, for example to create a transition.
  • the curvature increases in the transition from the midship to the bow section and decreases in the transition from the midship to the area of the stern section.
  • the polygonal cross-section has a widest point, wherein the widest point of the polygonal cross-section is arranged below or above the center, wherein the center defines half the height of the polygonal cross-section.
  • the deviation from a symmetrical design makes it possible to specifically 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 variant is preferred for boat stability, the second for reducing the target size.
  • the widest point of the polygonal cross-section is arranged 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 of 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° relative to the vertical.
  • the angle of 45° should also be avoided, since the incoming wave is reflected, for example, onto the water surface, reflected back from there and then reflected directly back to the transmitter. Although the intensity is reduced by the multiple reflection, it is still significantly higher than at other angles.
  • the outer shell has a sound-absorbing property.
  • the outer shell can be made of a consist of, contain or be coated with sound-absorbing material. Since absorption can never be complete, the two effects combine positively.
  • the outer shell is essentially reflective and/or absorbent for sound waves in the frequency range from 100 Hz to 100 kHz, in particular in the range from 1 kHz to 25 kHz. 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 reflectance, absorbance and transmittance is by definition 1. It is considered to be essentially reflective and/or absorbent if the reflectance and/or transmittance is at least 0.75, preferably at least 0.9, particularly preferably at least 0.95.
  • the underwater vehicle has a substantially cylindrical pressure hull under the outer hull.
  • 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, in less critical places, for example on the underside.
  • sensors in particular passive sonar sensors and/or fuel reservoirs, are arranged between the outer hull and the pressure hull.
  • Fuel storage includes all forms of storage goods that are required to operate the submarine, for example gasoline 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.
  • hydrogen storage for example in the form of compressed gas 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
  • 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 a military underwater vehicle, particularly preferably a military submarine.
  • Fig.1 the top view shows 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 cruiser, and a propeller 70 in the stern section 40.
  • the underwater vehicle 10 has an outer hull 50, which has a curvature of the midship section in the longitudinal direction of the underwater vehicle 10, as can be seen in comparison to a pressure hull 80 shown simplified as a cylinder.
  • the pressure hull 80 will also have rounded ends at the bow and stern, preferably hemispherical ends, which has been neglected here for the sake of simplicity.
  • the pressure hull 80 also does not have to take up the full length.
  • weapon barrels can be arranged in the bow.
  • Fig.2 shows a first example cross-section.
  • 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 below as the center according to half the height of the polygonal cross-section, since these practically coincide, but the center 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 clearly above which is arranged at 90° in the middle. This means that a large part of the incoming waves are reflected to the seabed, which further minimizes the probability of detection.
  • Fig.4 shows a third exemplary cross-section.
  • the outer shell 80 has an irregular hexagonal cross-section, with the widest point 100 being arranged significantly below the center 90.
  • the center of gravity of the underwater vehicle 10 can be arranged lower. This is advantageous for the stability of the underwater vehicle 10.
  • Fig.5 a cross-section with rounded corners, which is otherwise basically the same as the second exemplary cross-section from Fig.3
  • fuel storage 110 and sonar sensors 120 are arranged between the outer hull 50 and the pressure hull 80.

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 25 127 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.
  • Aus der US 4 577 583 A ist ein Unterwasserfahrzeug mit einem stromlinienförmigen Rumpf bekannt.
  • Aus der EP 0 850 830 A2 ist ein Unterseeboot mit drei Drückkörpern bekannt.
  • Aus der US 1 500 997 A ist eine Unterseeboot-Konstruktion bekannt.
  • 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 beispielhaften Ausführungsform, die nicht beansprucht wird, 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.
  • Erfindungsgemäß 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.
  • Erfindungsgemäß 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 (12)

  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, wobei die Außenhülle (50) der Mittelschiffsektion (30) eine Krümmung entlang der Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) über die gesamte Länge der Mittelschiffsektion (30) aufweist, wobei das Unterwasserfahrzeug (10) unter der Außenhülle (50) einen im Wesentlichen zylindrischen Druckkörper (80) aufweist, 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 liegt, wobei der polygonale Querschnitt drei bis 10 Ecken aufweist.
  2. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der polygonale Querschnitt senkrecht zur Längsachse eine Spiegelebene aufweist.
  3. 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.
  4. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs (10) einen Kegelschnitt bildet oder aus zwei oder mehreren Kegelschnitten zusammengesetzt ist.
  5. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwasserfahrzeug (10) in der Mittelschiffsektion (30) einen Turm aufweist.
  6. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Krümmungsradius zu Länge des Unterwasserfahrzeugs (10) zwischen 10 und 250, besonders bevorzugt zwischen 25 und 100, liegt.
  7. 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.
  8. Unterwasserfahrzeug (10) nach Anspruch 7, 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (50) eine schallabsorbierende Eigenschaft aufweist.
  12. Unterwasserfahrzeug (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außenhülle (50) und Druckkörper (80) Sensoren, insbesondere passive Sonarsensoren (120), und/oder Treibstoffspeicher (110) angeordnet sind.
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