EP4719891A1 - Schleppkörper - Google Patents

Abstract

Schleppkörper (20) zum Schleppen hinter einem Wasserfahrzeug mit einem ersten Paar von Depressoren (24) und einem zweiten Paar von Depressoren (26). Die die Depressoren (24, 26) weisen jeweils variable Neigungswinkel auf, um eine Tiefensteuerung des Schleppkörpers (20) zu ermöglichen. Die Depressoren des ersten Paars (24) und des zweiten Paars (26) von Depressoren sind jeweils ausgebildet, derart angesteuert zu werden, dass ihre Neigungswinkel unabhängig von dem Neigungswinkel eines der anderen Depressoren eingestellt werden.

Description

Schleppkörper

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleppkörper zum Schleppen hinter einem Wasserfahrzeug, insbesondere einem militärischen Wasserfahrzeug.

Die Verwendung von Schleppkörpern für Sonarantennen, insbesondere militärisch eingesetztes Sonarantennen, ist bekannt. Typischerweise werden Schleppkörper für Sonarantennen verwendet, die von Überwasserfahrzeugen betrieben werden. Der Schleppkörper kann dann im Betrieb zwischen Überwasserfahrzeug und der geschleppten Schleppantenne im Wasser angeordnet werden (Single Tow), oder auch eigenständig, ohne angebundene Schleppantenne betrieben werden (Dual Tow / Stand-alone Betrieb).

Der Schleppkörper weist einen eigenständigen Auftrieb / Abtrieb auf. Mittels des Auftriebs bzw. Abtriebs des Schleppkörpers kann in Kenntnis des Auftriebs / Abtriebs einer an dem Schleppkörper angeordneten Schleppantenne in Abhängigkeit der Schleppgeschwindigkeit und der Länge des Zugmittels zwischen Überwasserfahrzeug und Schleppkörper die Schlepptiefe der Schleppantenne eingestellt werden. Der Schleppkörper kann zur Einstellung des eigenen Auftriebs (insbesondere waagerechte) Depressoren (auch als Flügel bezeichnet) aufweisen. Üblicherweise sind diese jedoch fest, so dass der Auftrieb, bzw. die passive Lauftiefe einmalig bei der Fertigung des Schleppkörpers eingestellt wird. Die Schlepptiefe kann dann nur mittels Änderung der Länge des Zugmittels oder Änderung der Fahrgeschwindigkeit des Überwasserfahrzeugs verändert werden. Die Fahrgeschwindigkeit ist jedoch, u.a. aufgrund von Manövern, nicht beliebig variabel, so dass praktisch häufig nur die Änderung der Länge des Zugmittels verbleibt. Die ausgebrachte Kabellänge und damit wirkende Masse im Wasser hängt somit von der Geschwindigkeit ab, mit der die Winde des Überwasserfahrzeugs das Zugmittel einholen und kontrolliert ausbringen kann. Diese Geschwindigkeit ist jedoch aufgrund von schiffbaulichen Randbedingungen (Kräfte, Energie, etc.) begrenzt. Das System ist demnach sehr träge hinsichtlich seiner Schlepptiefe. Einige Schleppkörper weisen zwei abhängig voneinander bewegliche Depressoren (auch als Ruder bezeichnet) auf, mit denen in gewissen Tiefenbereichen eine variable Schlepptiefe der Schleppantenne erzeugt werden kann. Diese Depressoren können jedoch nicht unabhängig voneinander angesteuert werden, sondern werden vielmehr synchron angesteuert, um die angebundene Schleppantenne (Single Tow), oder den Schleppkörper allein (Dual Tow / Stand-alone) in einer vorgegebenen Tiefe zu halten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Schleppkörper und ggf. daran angebrachte Sonarschleppantennen zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Ausführungsbeispiele zeigen einen Schleppkörper zum Schleppen hinter einem Wasserfahrzeug, insbesondere einem Überwasserfahrzeug, beispielsweise einem Schiff. D.h., der Schleppkörper kann mittels eines Zugmittels mit dem Wasserfahrzeug verbunden sein und von diesem durch das Wasser gezogen werden. An dem Schleppkörper kann wiederum eine Schleppantenne befestigt sein. Typischerweise weist die Schleppantenne Wasserschallwandler zum Empfang von Wasserschall, insbesondere Wasserschallempfänger, auf. Schleppantennen eignen sich demnach für Passivsonar. In dem Schleppkörper können Wasserschallwandler zum Senden von Wasserschall, insbesondere Wasserschallsender, angeordnet sein. Somit lässt sich mit den Wasserschallwandlern des Schleppkörpers und der Schleppantenne auch ein Aktivsonarsystem bilden. Ferner ist es möglich, ergänzend oder alternativ zu der Schleppantenne, andere Sensoren oder ggf. Effektoren über den Schleppkörper tiefen-variabel zu verbringen. Als Zugmittel kann beispielsweise ein Zugkabel, ein Zugseil oder ein Zugriemen verwendet werden.

Der Schleppkörper weist ein erstes Paar von Depressoren und ein zweites Paar von Depressoren auf, wobei die Depressoren jeweils variable Neigungswinkel aufweisen, um eine Tiefensteuerung des Schleppkörpers zu ermöglichen. Depressoren mit variablen Neigungswinkeln werden auch als Ruder bezeichnet. Die Depressoren des ersten Paars und des zweiten Paars von Depressoren sind jeweils ausgebildet, derart angesteuert zu werden, dass ihre Neigungswinkel unabhängig von dem Neigungswinkel eines der anderen Depressoren eingestellt werden. D.h., jeder Depressor ist eigenständig ansteuerbar. Die Ansteuerung kann eine Signalverarbeitungseinheit übernehmen, die beispielsweise in dem Schleppkörper oder dem Wasserfahrzeug angeordnet ist. Durch die Möglichkeit, die Depressoren einzeln und unabhängig von den anderen Depressoren anzusteuern, können die Depressoren sowohl die Funktion eines Querruders als auch die Funktion eines Tiefenruders ausfüllen. Bevorzugt schließen die Depressoren des ersten Paars von Depressoren einen Winkel von 180° ein. Weiter bevorzugt schließen die Depressoren des zweiten Paars von Depressoren einen Winkel von 180° ein. D.h. die Depressoren des ersten Paars von Depressoren und des zweiten Paars von Depressoren liegen jeweils in einer gemeinsamen Ebene. Es ist auch möglich, dass die Depressoren des ersten Paars von Depressoren und die Depressoren des zweiten Paars von Depressoren in einer gemeinsamen Ebene liegen. Insbesondere zeigen jeweils ein Depressor des ersten Paars von Depressoren und ein Depressor des zweiten Paars von Depressoren ausgehend von dem Schleppkörper in die gleiche Richtung.

Idee ist es, durch Verwendung von mehreren unabhängig ansteuerbaren, variablen Depressoren, den Schleppkörper agiler zu gestalten. Das heißt, dass eine erhöhte, aktive Tiefenvariabilität ermöglicht werden kann. Dies hat verschiedene Vorteile. Zunächst kann der Schleppkörper mit vier unabhängig ansteuerbaren Depressoren gleichzeitig sowohl um die Rollachse als auch die Nickachse im Wasser aktiv stabilisiert werden. Dadurch läuft die Schleppantenne, bzw. der Schleppkörper selbst, gleichmäßig im Wasser und hat bessere Empfangs-, bzw. Sendeeigenschaften. Beispielsweise kann so die Verwendung der Schleppantenne für ein synthetisches Apertursonar (SAS) optimiert werden. Aber für die übliche Verwendung als Aktiv- oder Passivsonar ist ein gleichmäßiger Lauf der Schleppantenne im Wasser von Vorteil. Beispielsweise werden so auch Verwirbelungen an der Schleppantenne reduziert, die das Signal-Rausch-Verhältnis negativ beeinflussen können. Ferner ist es möglich auch bei großer Geschwindigkeit und kurzem Zugmittel größere Tauchtiefen des Schleppkörpers und somit der Schleppantenne zu erreichen. Sowohl die große Geschwindigkeit als auch die kurzen Zugmittel führen sonst dazu, dass der Schleppkörper einen größeren Auftrieb erfährt. Mittels der vier Depressoren kann die Tauchtiefe jedoch auch bei kurzem Zugmittel erhöht werden. Der Fußabdruck des Zugmittels, d.h. das maximal benötigte Volumen und damit Gewicht zur Lagerung des Zugmittels an Bord des Wasserfahrzeugs kann somit reduziert werden, da das Zugmittel kürzer dimensioniert werden kann um die gleichen Missionen auszuführen. Die variablen Depressoren ermöglichen auch das Trimmen (des Auftriebs / Abtriebs) des Schleppkörpers in Abhängigkeit von geänderten Massen innerhalb des Schleppkörpers, beispielsweise durch austauschbare Elemente wie z.B. Sensoren, oder Änderungen, z.B. von Masse, Auftrieb, Widerstand, etc. der gezogenen Elemente, z.B. durch einen Austausch derselben.

Darüber hinaus sind Schleppantennen für einen vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich ausgelegt. Dieser kann durch die Verwendung des Schleppkörpers vergrößert werden, da die Schleppantenne insbesondere auch bei geringen Geschwindigkeiten weiter stabil im Wasser gehalten werden kann.

Als Paar von Depressoren werden insbesondere zwei Depressoren verstanden, die symmetrisch zu einer axial verlaufenden Ebene angeordnet sind. D.h. die Ebene weist eine Ausdehnung von der Spitze (Bug) bis zum Ende (Heck) des Schleppkörpers auf. Vorteilhafterweise verläuft eine Normale der Ebene unter Idealbedingungen parallel zum Meeresboden beziehungsweise der Wasseroberfläche.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die vier Depressoren sehr schnell eine Änderung des Auftriebs / Abtriebs generiert werden kann. Dies ermöglicht es u.a., eine effektive Kollisionsvermeidung zu implementieren. So kann der Schleppkörper auch die Verwendung von Schleppantennen in flachen Gewässern oder in Küstennähe ermöglichen, wo aktuell aus Sicherheitsgründen keine Schleppantennen eingesetzt werden. Darüber hinaus sind Schleppantennen für einen vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich ausgelegt. Dieser kann durch die Verwendung des Schleppkörpers vergrößert werden, da die Schleppantenne insbesondere auch bei geringen Geschwindigkeiten weiter stabil im Wasser gehalten werden kann.

Zusätzlich ermöglicht eine aktive Regelung des Auftriebs / Abtriebs und des Roll- & Nickwinkels eine Erweiterung der möglichen Schiffsmanöver bei ausgebrachtem Schleppkörper.

In Ausführungsbeispielen sind die beiden Depressoren des ersten Paars von Depressoren in einer vorderen Hälfte, insbesondere in einem vorderen Drittel, des Schleppkörpers angeordnet. Ergänzend oder alternativ sind die beiden Depressoren des zweiten Paars von Depressoren in einer hinteren Hälfte, insbesondere einem hinteren Drittel, des Schleppkörpers angeordnet. Die Depressoren im hinteren Teil des Schleppkörpers können an einem Heckleitwerk des Schleppkörpers angeordnet sein. Somit wird die Hebelwirkung der variablen Depressoren optimiert, wodurch der Auftrieb (oder Abtrieb) und die horizontale Lage, z.B. über das Heckleitwerk, optimiert werden kann.

Vorteilhafterweise weist der Schleppkörper ergänzend ein Seitenruder auf. Mittels des ergänzenden Seitenruders ist es in Kombination mit den vier variablen Depressoren möglich, den Schleppkörper in allen Raumachsen zu stabilisieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische perspektivische Darstellung eines Schleppkörpers mit zwei Paaren von variablen Depressoren.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann. Fig. 1 zeigt einen Schleppkörper 20 zum Schleppen hinter einem Wasserfahrzeug. Die Verbindung zu dem Wasserfahrzeug (nicht dargestellt) kann mittels eines Zugmittels 22 erfolgen. Der Schleppkörper 20 weist ein erstes Paar von Depressoren 24 und ein zweites Paar von Depressoren 26 auf. In der Ansicht ist jeweils einer der beiden Depressoren sichtbar, der jeweils andere Depressor ist spiegelsymmetrisch an einer Hülle 28 des Schleppkörpers 20 angeordnet. Als Symmetrieebene kann die Ebene 29 dienen, die in einem Ausschnitt dargestellt ist. Die Depressoren 24, 26 weisen jeweils variable Neigungswinkel auf, um eine Tiefensteuerung des Schleppkörpers 20 zu ermöglichen. Die Beweglichkeit wird durch die Bewegungspfeile 30a, 30b verdeutlicht. Optional können die Depressoren als Ganzes bewegt werden oder dieselben weisen Klappen, sog. Flaps, auf, um einen Teil der Depressoren zu bewegen.

Optional weist der Schleppkörper 20 eine (Heck-) Flosse 32 auf. In der Flosse 32 kann ein Seitenruder 34 angeordnet sein. Ein Bewegungspfeil 30c zeigt die Bewegungsrichtung des Seitenruders 34 an. Optional können auch die Depressoren 26 des zweiten Paars von Depressoren an der Flosse 32 angeordnet sein.

Ferner kann an dem Schleppkörper, insbesondere an dessen Heck, eine Schleppantenne 36 befestigt sein.

Weiter optional weist der Schleppkörper 20 zumindest eine Mehrzahl von Wasserschallwandlern 38a, 38b oder andere „Nutzlasten“, beispielsweise Sensoren, auf. Punkte 38c zeigen an, dass der Schleppkörper 20 eine beliebige Anzahl von Wasserschallwandlern 38 aufweisen kann. Die Wasserschallwandler können in der Hülle oder außerhalb der Hülle, beispielsweise in einem Bauch 40, angeordnet sein.

Die offenbarten (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler können, Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechenden elektrischen Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umwandeln. Überdies ist es möglich, dass die Schallwandler eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umwandeln können. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallempfänger und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material können die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, aufweisen. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (sound navigation and ranging, dl: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Als Wasserschallwandler können z.B. Hydrophone verwendet werden. Die Schallwandler sind bevorzugt nicht für medizinische Anwendungen geeignet bzw. werden nicht für medizinische Anwendungen eingesetzt.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Bezugszeichenliste:

20 Schleppkörper

22 Zugmittel 24 erstes Paar von Depressoren

26 zweites Paar von Depressoren

28 Hülle

29 Symmetrieebene

30 Bewegungspfeile 32 Flosse

34 Seitenruder

36 Schleppantenne

38 Wasserschallwandler

40 Bauch

Claims

Patentansprüche

1 . Schleppkörper (20) zum Schleppen hinter einem Wasserfahrzeug mit folgenden Merkmalen:

- einem ersten Paar von Depressoren (24) und einem zweiten Paar von Depressoren (26), wobei die Depressoren (24, 26) jeweils variable Neigungswinkel aufweisen, um eine Tiefensteuerung des Schleppkörpers (20) zu ermöglichen;

- wobei die Depressoren des ersten Paars (24) und des zweiten Paars (26) von Depressoren jeweils ausgebildet sind, derart angesteuert zu werden, dass ihre Neigungswinkel unabhängig von dem Neigungswinkel eines der anderen Depressoren eingestellt werden.

2. Schleppkörper (20) gemäß Anspruch 1 , wobei die Signalverarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Depressoren des ersten Paars von Depressoren und des zweiten Paars von Depressoren jeweils eigenständig anzusteuern.

3. Schleppkörper (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Depressoren des ersten Paars von Depressoren (24) symmetrisch zu einer axial verlaufenden Ebene (29) angeordnet sind.

4. Schleppkörper (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Depressoren des zweiten Paars von Depressoren (26) symmetrisch zu einer axial verlaufenden Ebene (29) angeordnet sind.

5. Schleppkörper (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Depressoren des ersten Paars von Depressoren (24) in einer vorderen Hälfte, insbesondere vorderen Drittel, des Schleppkörpers (20) angeordnet sind.

6. Schleppkörper (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden Depressoren des zweiten Paars von Depressoren (26) in einer hinteren Hälfte, insbesondere hinteren Drittel, des Schleppkörpers (20) angeordnet sind.

7. Schleppkörper (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schleppkörper ein Seitenruder (34) aufweist.