KR20180002082A - 감소된 시그니처를 갖는 유체 비히클 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 선체 (20) 및 제 2 선체 (30) 를 갖는, 특히 항공기 및 선박, 특히 잠수함 (10) 인 유체 비히클에 관한 것이다. 제 2 선체 (30) 는 적어도 제 1 영역에서 제 1 선체 (20) 의 아래에 배치되고, 제 1 선체 (20) 의 형상은 유체-역학적으로 최적화되는 한편, 제 2 선체 (30) 는 시그니처-최적화된다.
Description
본 발명은 유체 비히클, 특히 선박 및 항공기, 특히 선박, 특히 잠수함에 관한 것이다.
유체 비히클은 선박 및 항공기를 포함한다. 두 비히클이 유체를 통해 자유롭게 이동하며, 이때 유체와 유체 비히클 사이의 마찰이 특히 관련된다는 것은 두 비히클에 공통된다. 선박의 경우에는 높은 밀도로 인해 그리고 항공기의 경우에는 정기적으로 높은 속도로 인해 유체 마찰이 매우 관련된다.
(육상, 해상/수중 및 공중의) 군사 물체의 사용자의 경우, 자신의 물체가 적에 의해 탐지되기 전에 적의 물체를 더 빨리 탐지하는 것이 결정적인 전술적 이점이다. 이를 달성하기 위해, 전술적 관점에서 볼 때 두 가지 방법이 있다: 한편으로는 상대보다 더 양호한 센서 (이하의 데이터 분석과 함께) 를 제공하는 것과, 다른 한편으로는 더 작은 시그니처를 갖는 물제를 사용하는 것이다.
물체가 감지될 수 있게 하는 상이한 시그니처가 항상 존재한다.
깊게 잠수하지 않는 모든 물체의 경우, 예컨대 다음이 존재한다:
비행하는 제트 추진식 물체의 경우, 예컨대 응축 흔적 (condensation trail) 형성이 또한 일어난다.
모든 잠수 가능한 물체의 경우, 수면 상에서 그리고 수면 가까이에서 이동할 때, 위에 열거한 것과 동일한 점이 적용되지만, 잠수할 때, 중요한 시그니처는 다음과 같다:
탐지 범위가 작은 잠수가능 물체는 보통 작은 시그너처, 특히 낮은 소음 배출을 갖도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 예컨대 특정 시그너처 값을 초과하지 않기 위해, 소음 발생 또는 전파를 필요한만큼 방지하도록 모든 것이 객체 내에서 수행된다. 이는 한편으로 온보드 장비에 적용되고 다른 한편으로 흐름-유도 소음에 적용된다. 결과적으로, 잠수가능 물체가 수동 소나에 의해 위치발견될 확률이 감소된다.
최대 범위 (예컨대, 비행 물체의 경우 레이더 후방 산란 단면 및 잠수가능 물체의 경우 음향 타겟팅 범위 등) 를 갖는 일부 시그너처는 또한 객체의 형상에 의해 최적화될 수 있다. 실제로, 상기 최적화는 낮은 유동 소음, 높은 최대 속도 및 긴 작동 범위를 위해 필요한 유선형 디자인과 자주 충돌한다.
소음기를 구비한 잠수함이 DE 33 32 754 A1 에 공지되어 있다.
반사를 감소시키기 위한 코팅 시스템이 DE 88 09 318 U1 에 공지되어 있다.
가스를 함유하는 공동을 갖는 잠수함이 DE 1 196 531 A 로부터 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 시그너처 최적화된 외부 형상과 (예컨대 유동 관련 시그너처 또는 다른 시그너처를 위한) 다른 요건을 위해 기하학적으로 최적화된 외부 형상 사이의 충돌을 해결하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 에 기재된 특징을 갖는 유체 비히클에 의해 달성된다. 유리한 개선은 종속항, 이하의 설명 및 도면으로부터 비롯된다.
본 발명에 따른 유체 비히클은 제 1 선체 및 제 2 선체를 포함하고, 제 2 선체는 적어도 제 1 영역에서 제 1 선체의 아래에 배치된다. 제 1 선체는 외부 스킨이라고 칭할 수 있다. 유체 비히클은 바람직하게는 선박, 특히 바람직하게는 잠수함이다. 제 2 선체는 전적으로 제 1 선체 밑에 있을 필요는 없다. 또한, 제 1 또는 제 2 선체는 포위하는 또는 에워싸인 선체일 필요는 없다. 특히, 제 2 선체가 적어도 제 1 영역에서, 예컨대 잠수함의 경우에 뱃머리에서 또는 타워에서 제 1 선체 아래에 배치되는 것으로 충분하다. 결과적으로, 단지 상기 영역에서의 시그너처가 최적화되지만, 예컨대 거기에 많은 또는 고분산 요소들이 존재한다면, 원하지 않는 시그너처에 크게 기여하는 것이 바로 상기한 적어도 하나의 제 1 영역이다. 잠수함의 예의 경우, 내부에 배치된 양강 마스트 (hoistable masts) 를 포함하는 타워가, 표면에서 이동하는 때에 잠수함의 레이더 후방 산란 단면에 있어서 결정적인 부분이다. 따라서, 적어도 제 1 영역의 예로서 타워 단독의 최저화는 전체 잠수함의 레이더 시그너처의 최적화에 크게 기여한다.
본 출원의 내용에서, 시그너처는 외부 신호원에 의해 방출된 탐지파의, 유체 비히클의 표면에서의 외부 신호원을 향한 임의의 직접 반사를 의미한다.
제 1 선체는 유체-역학적으로 (fluid-dynamically) 최적화되어 있고, 따라서 잠수 이동 중인 잠수함의 경우에 보트의 유체역학적 (hydrodynamic) 성질을 결정한다. 유체-역학적으로 최적화된 선체 디자인과 시그너처의 감소를 위해 최적화되는 선체 디자인 사이에 디커플링을 제공하기 위해, 제 1 선체는 제 1 선체가 제 1 탐지파에 대해 투명하도록 구현된다. 전형적인 탐지파는 음파 (소나 (sonar)) 및 전자기파 (레이더) 이다. 본 발명의 의미에서 투명하다는 것은 선체에서의 반사가 입사 강도의 25% 미만, 바람직하게는 10% 미만이라는 것을 의미한다. 제 2 선체는 제 1 탐지파에 대해 불투명하고, 본 발명의 의미에서 불투명하다는 것은 입사 방사선 강도의 25% 미만, 바람직하게는 10% 미만이 전송된다는 것을 의미한다. 전형적으로, 전송 감쇠는 반사율 및/또는 흡수에 의해, 특히 바람직하게는 반사율에 의해 또는 반사율과 흡수의 조합에 의해 달성된다. 제 2 선체의 형상은 제 1 탐지파에 관하여 시그너처를 최소화하도록 최적화된다. 이는 유체-역학적 성질에 있어서 중요한 제 1 선체의 형상 및 시그너처에 대해 중요한 제 2 선체의 형상이 완전히 디커플링될 수 있게 한다. 제 2 선체는 제 1 탐지파에 대해 반사성이다. 반사성이라는 것은 제 1 탐지파의 강도의 50% 이상이 지향적으로 (directionally) 반사된다는 것을 의미한다. 따라서, 흡수 및 산란은 반사보다 적다. 반사의 이점은 입사 제 1 탐지파에 관한 거동의 양호한 예측가능성이다.
바람직하게는, 제 1 탐지파의 강도의 75% 이상, 특히 바람직하게는 제 1 탐지파의 강도의 90% 이상이 반사된다.
이해를 돕기 위해, 예컨대 강의 제 1 선체 및 솔리드 폼 (solid foam) 의 제 2 선체를 갖는 잠수함의 경우를 나타내며, 제 1 선체, 잠수함의 외부 선체는 물로 플러싱된다. 제 1 선체의 그러한 실시형태는 쌍둥이-선체 보트의 전형적인 것이며, 뱃머리 또는 타워의 영역에서의 단일-선체 보트를 위한 것이다.
소나에서 탐지파로서 사용되는 음파의 반사 및 전송을 위해, 평판의 경우에, 음향 임피던스 (ZF) 및 층 두께 (d) 가 관련되고, 특징적인 음향 임피던스 (ZF) 는 밀도 (ρ) 와 음속 (c) 의 곱 (product) 이다. 물 속에서의 평판의 반사 계수 (입사 음압 (incident sound pressure) 에 관한 반사된 음압) 는 수직 사운드 입사에 대해 다음과 같이 산출되며:
여기서, ZF,0 는 물의 특징적인 음향 임피던스, ZF,1 는 재료 (1) 의 판의 특징적인 음향 임피던스이다. 판의 파수는 k1 = 2πf/c 이고, f 는 주파수이다. 흡수가 없는 재료의 경우, R2 + T2 = 1 이 적용되고, T 는 전달 계수 (coefficient of transmission) 이다.
제 1 근사를 위해, 물의 밀도 ρWater 가 1,000 ㎏/㎥ 이고, 음속 cWater 가 1,500 m/s 이다. 따라서, ZF,water 는 약 1.5·106 Ns/㎥ 이다. 강의 경우, 제 1 근사를 위해, 밀도 ρSteel 이 8,000 ㎏/㎥ 이고, 음속 cSteel 이 6,000 m/s 이다. 따라서, ZF,steel 은 약 48·106 Ns/㎥ 이다. 강 중에서의 음속이 매우 높고 유동 엔벨로프의 층 두께가 작아서 곱 dk1 이 또한 작고 (1 ㎑ 에서 약 0.01) 따라서 R 이 작기 때문에, 물과 강의 특징적인 음향 임피던스는 약 30 의 인자만큼 상이하다. 도 1 에서, 수중에서의 10 ㎜ 두께의 강판 및 20 ㎜ 두께의 GFK 판 (섬유유리 강화 플라스틱의 판) 의 강도 (
) 에 대한 반사 계수가 주파수의 함수로서 도시되어 있다. 근본적으로 유사한 프로파일 및 더 높은 주파수에서의 GFK 판 자체의 전체로서 더 높은 투명도를 볼 수 있다.
50 ㎐ 내지 3 ㎑ 로 작동하는 저주파 활성 소나, 3 ㎑ 내지 15 ㎑ 로 작동하는 중주파 활성 소나, 및 고주파 활성 소나가 구별된다. 잠수함을 위치발견하기 위해, 해수의 낮은 감쇠 및 관련된 긴 범위로 인해, 주로 저주파 활성 소나가 사용된다. 도 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 강판은 상기 주파수 범위에서 높은 투과율을 갖는다.
반사는 제 1 선체를 위한 재료로서 섬유강화 복합 재료 (FRC), 예컨대 도 1 에 나타낸 GFK 재료를 사용함으로써 더 감소될 수 있다. 그러한 재료의 경우, 제 1 근사를 위해, 밀도 ρFRC 는 2,000 ㎏/㎥ 이고, 음속 cFRC 는 3,000 m/s 이다. 따라서, ZF,FRC 는 약 6·106 Ns/㎥ 이다. 그러나, 상기한 수치 효과는 섬유강화 복합 재료의 제 1 선체가 일상적으로 강의 제 1 선체보다 더 두꺼워야 한다는 사실에 의해 부분적으로 보완된다.
공기로의 전이의 경우에, 1.3 ㎏/㎥ 의 밀도와 340 m/s 의 음속을 사용한 제 1 근사에 대해 공기에 대한 특징적인 음향 임피던스 ZF,air 가 약 442 Ns/㎥ 이기 때문에 반사가 규칙적으로 일어난다. 따라서, 공기로 채워진 압력 선체에서는 거의 전체 반사가 일어난다. 그렇지만, 최대 잠수 깊이에서 높은 압력을 견딜 수 있도록 기술적 이유로 압력 선체는 일상적으로 둥글게 제조되어야 한다.
그러므로, 예컨대 폴리염화비닐, 폴리스티롤 또는 폴리우레탄의, 제 2 선체를 위한 재료로서 예컨대 플라스틱 폼이 적합하다. 폼은 제조 중에 생성되는 가스 버블을 포함한다. 결과적으로, 대략 근사로 다음과 같이 계산되는 특징적인 음향 임피던스가 얻어지며:
여기서, 
,
즉, 개별 부피 성분 V 를 사용하여 매체 기체 및 폴리머에서의 밀도 ρ 및 압축률 κ 의 가중 평균으로부터 추정될 수 있다. 따라서, 반사는 폼 재료의 두께 및 조성에 의해 제어된 방식으로 영향을 받을 수 있다. 유리하게는, 제 2 선체는 폼 재료의 5 ㎜ 내지 30 ㎜, 바람직하게는 10 ㎜ 내지 20 ㎜ 의 두께를 포함한다. 폼 내의 가스 버블을 통한 비교적 낮은 음속으로 인해, 상기 두께는 탐지파의 효율적인 반사에 충분하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 더 큰 후방 산란 시그너처를 갖는 물체들이 배치된다. 더 큰 후방 산란 시그너처를 갖는 물체의 경우, 예를 들어 압력 선체는 어뢰 발사관, 스노클, 잠망경 등일 수 있다. 더 큰 후방 산란 시그너처를 갖는 상기 물체들은 종종 시그너쳐를 최소화하기 위해 그 형상에서 설계될 수 있지만, 다른 기술적 요건의 대상이 되고, 따라서 바람직하게는 제 2 선체 아래에 배치된다.
대안적으로, 제 1 선체는 레이더 방사선에 대해 투명할 수 있고, 제 2 선체는 레이더 방사선에 대해 불투명할 수 있다. 상기한 실시형태는 선박의 경우에 표면 영역, 예를 들어 잠수함의 타워 및 항공기에 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 선체의 아래 그리고 제 2 선체의 아래의 적어도 제 2 영역에 제 3 선체가 배치된다. 제 3 선체는 압력 선체를 형성한다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 탐지파는 입사 제 1 탐지파 (50) 로부터 적어도 6°, 바람직하게는 적어도 12°, 특히 바람직하게는 적어도 20°만큼 편향된 방향으로 50% 이상 반사된다. 바람직하게는, 편향된 방향에 배치된 잠수함의 다른 반사 및/또는 흡수 성분이 더 이상 없고, 제 2 선체에서의 반사 후, 탐지파는 제 1 선체에 의해 잠수함으로부터 반사된다. 탐지파는 바람직하게는 잠수함에서 단 한번 반사된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 탐지파는 음파 또는 전자기파이다. 소나의 경우 탐지파로서 음파가 사용되고, 레이더의 경우 전자기파가 사용된다. 음파는 바람직하게는 101 ㎐ 내지 105 ㎐ 의 주파수를 갖는다. 전자기파는 바람직하게는 109 내지 1012 ㎐ 의 주파수를 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 탐지파는 음파이고, 반사파는 하향 반사된다. 음파는 일반적으로 잠수함 비히클을 위치발견하기 위한 소나에 사용된다. 따라서, 주된 적용 영역은 수상함 (surface ship) 에 의한 잠수함의 위치발견이다. 따라서, 상기 시나리오에서 제 1 탐지파는 일반적으로 수평보다 약간 위에 있는 잠수함에 입사한다. 하향 편향으로 인해, 소나 파는 해저에 전달되어 그 수상함 또는 다른 수상함에 의해 수집될 수 없다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 탐지파는 전자기파이고, 반사파는 상향 반사된다. 전자기파는 수면 위의 비히클의 위치발견을 위한 레이더에 일반적으로 사용된다. 따라서, 주된 용도는 다른 수상함에 의한 수상함 또는 부상한 잠수함의 위치발견이다. 여기서 상향 편향이 유용한데, 그 이유는 수면이 추가의 반사 표면으로서 작용할 수 있어서 레이더 빔을 다른 수상함으로 되돌릴 수 있기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 제 2 선체의 형상은 수평 입사 제 1 탐지파에 관한 시그너처를 최소화하도록 최적화된다. 가장 큰 위협은 유체 차량, 특히 그 위치에 있는 선박에 대해 다른 유체 차량, 특히 선박이나 항공기에 의해 발생한다. 그러므로, 표면 영역에서, 입사 레이더파가 실제로 수평으로 도달한다. 따라서, 이 레이더파가 수평으로 반사되는 것이 방지되어야 한다. 이는 유사하게 수중 영역에 적용된다. 일반적인 잠수 깊이는 약 100 m 이다. 단지 1,000 m 의 거리에 있는 수면에 배치되고 잠수함을 찾기 위해 활성 소나를 사용하는 다른 선박은, 6°미만의 각도로, 따라서 수평으로부터의 단지 작은 편차로 잠수함에 입사되는 탐지파를 사용한다. 3,000 m 의 거리에서, 각도는 이미 3°미만이고, 6,000 m 의 거리에서 1°미만이다. 잠수 중인 잠수함은 실제로 임의의 각도에서 다른 잠수 중인 잠수함에 의해 탐지파로 조명될 수 있지만, 상기 시나리오는 실제로 상당히 무시할 수 있다. 그러므로, 수평 파의 입사에 대해 제 2 선체의 지오메트리를 최적화하는 것이 유리하다.
항공기의 경우, 탐지는 또한 지상 기반 레이더 또는 위성 기반 레이더에 의해 수행될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 항공기로 발생할 개연성이 높기 때문에, 수평 탐지 방향에 대한 최적화가 유용하다.
전술한 관측은 단순 관측 및 근사이지만, 여기서 고려되는 효과에 대해 충분한 정확도를 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 2 선체는 적어도 하나의 평평한 표면을 포함한다. 평평한 표면은 입사 제 1 탐지파를 다른 방향으로 반사하는 가장 간단한 형상이다. 송신기와 수신기는 대부분의 위치발견 시스템과 공간적으로 매우 인접하기 때문에, 상기한 형상은 시그너처의 양호한 최적화를 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 물체는 제 1 선체 및 제 2 선체 외에도 제 4 선체를 포함하고, 제 2 선체는 제 1 선체 아래에 배치되고, 제 4 선체는 제 2 선체 아래에 배치된다. 제 1 선체는 제 1 탐지파 및 제 2 탐지파에 대해 투명하다. 제 2 선체는 제 1 탐지파에 대해 불투명하고 제 2 탐지파에 대해 투명하다. 제 4 선체는 제 2 탐지파에 대해 불투명하다. 제 2 선체의 형상은 제 1 탐지파에 관하여 시그너처를 최소화하도록 최적화된다. 제 4 선체의 형상은 제 2 탐지파에 대한 시그너처를 최소화하도록 최적화된다. 예컨대, 제 1 탐지파는 소나이고, 제 2 탐지파는 레이더이다. 압력 선체는 예컨대 제 4 선체 아래에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 평평한 표면의 표면 법선이 유체 비히클, 특히 잠수함의 길이방향에 대해 적어도 6°, 바람직하게는 적어도 12°, 특히 바람직하게는 적어도 20°의 각도를 이룬다. 표면 법선은 표면에 직교하는 벡터이다. 대부분의 탐지파는 0°내지 6°의 각도로 유체 비히클에 입사되기 때문에, 적어도 하나의 제 1 평평한 표면은 수직에 대해 적어도 6°의 경사를 가지며, 유체 비히클의 길이방향은 수평에 대해 평행하게 연장된다. 실제로, 예컨대 잠수 중인 잠수함이 부상하거나 강하하는 때에 또는 항공기가 고도 변경 중에 수평으로부터 유체 비히클의 길이방향의 편차를 또한 가질 수 있지만, 상기한 배향은 비교적 드물게 발생하기 때문에, 유체 비히클은 유체 비히클의 길이방향의 수평 배향에 대해 시그너처에 관하여 최적화된다. 적어도 하나의 평평한 표면은 적어도 12°의 경사를 갖는다. 상기 각도는 도시된 것처럼 수평으로부터 6°이하의 탐지파의 입사 방사선 방향의 편차가 가능하다고 고려되어야 하기 때문에 특히 바람직하다. 더욱이, 반사는 단 하나의 각도로 제한되지 않고 규칙적으로 행해지며, 최대 강도가 상기한 각도상 방향으로 반사에 따라 반사되고 상기 각도로부터 벗어나서 에너지가 보다 더 강하게 감소하는 콘 (cone) 이 규칙적으로 존재한다. 도 2 는 3 파장의 치수 (L = 3λ) 를 갖는 평판의 반사의 특징을 보여준다. 파는 0°방향으로부터 평면파로 입사되고, 24°의 주된 방향으로 12°만큼 기울어진 판에서 반사된다. 0°방향으로의 후방 반사는 18 dB 이상만큼 더 작다.
특히 바람직하게는, 선박의 경우에 적어도 하나의 제 1 표면은 적어도 6°, 바람직하게는 적어도 12°, 특히 바람직하게는 적어도 20°의 각도만큼 하향 경사진다. 따라서, 탐지파가 수면으로부터 멀어지게 해저로, 따라서 센서로부터 멀어지게 반사된다. 그러나, 상기한 배치는 선박의 일부 영역에서만 실행될 수 있고, 따라서 제 2 선체가 단지 선택된 제 1 영역, 예컨대 뱃머리에 배치되는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, 적어도 하나의 제 1 표면은 항공기의 경우에 적어도 6°, 바람직하게는 적어도 12°, 특히 바람직하게는 적어도 20°의 각도만큼 상향 경사진다. 따라서, 탐지파는 지표면으로부터 멀어지게, 따라서 센서로부터 멀어지게 반사된다. 그러나, 상기한 배치는 항공기의 일부 영역에서만 실행될 수 있고, 따라서 제 2 선체가 단지 선택된 제 1 영역, 예컨대 기수 (nose) 에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 선체는 강 또는 섬유강화 복합 재료로 구성되고, 제 2 선체는 솔리드 폼으로 구성된다. 상기 실시형태는 선박에 바람직하다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 제 1 선체는 섬유강화 복합 재료로 구성되고, 제 2 선체는 금속 또는 다른 전기전도성 재료, 예컨대 강으로 구성된다. 상기 실시형태는 항공기에 바람직하다.
물론, 제 2 선체와 제 3 선체 사이에 제 4 선체가 배치되는 것도 또한 가능하다. 이 경우, 제 1 선체는 제 1 탐지파 및 제 2 탐지파에 대해 투명하고, 제 2 선체는 제 1 탐지파에 대해 불투명하며 제 2 탐지파에 대해 투명하고, 제 4 선체는 제 2 탐지파에 대해 불투명하다. 이로써, 제 1 선체는 유체-역학적 특성에 관해 최적화될 수 있고, 제 2 선체는 제 1 탐지파의 시그너처에 관해 최적화될 수 있고, 제 4 선체는 제 2 탐지파의 시그너처에 관해 최적화될 수 있다. 상기 원리는 추가적인 선체까지 더 확장될 수 있다.
본 발명에 따른 유체 비히클은 도면에 나타낸 선박 및 항공기의 대표적인 실시형태들을 사용하여 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1 은 수중에서의 10 ㎜ 두께의 강판 및 20 ㎜ 두께의 GFK 판의 강도 (
) 에 대한 반사 계수를 보여준다.
도 2 는 3 개의 파장의 치수를 갖는 평판의 반사 특성을 보여준다.
도 3 은 본 발명에 따른 제 1 잠수함의 개략 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 제 2 잠수함의 개략 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 제 3 잠수함의 개략 단면도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 항공기의 개략 단면도이다.
도 2 는 3 개의 파장의 치수를 갖는 평판의 반사 특성을 보여준다.
도 3 은 본 발명에 따른 제 1 잠수함의 개략 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 제 2 잠수함의 개략 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 제 3 잠수함의 개략 단면도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 항공기의 개략 단면도이다.
도 3 에, 본 발명에 따른 제 1 잠수함 (10) 이 도시되어 있다. 잠수함 (10) 은 유체역학적으로 최적화된 제 1 선체 (20) 를 포함한다. 이는 종래 기술에 따른 종래의 잠수함과는 특히 좁은 타워에 의해 상이하다. 종래의 잠수함의 경우, 외부 스킨은 수직 표면을 피하기 위해서 시그너처가 감소하도록 보통 기울어지게 형성된다. 결과적으로, 타워는 베이스에서 매우 더 넓고, 따라서 어느 정도 증가된 유동 저항을 초래한다. 본 발명에 따르면, 제 1 선체 (20) 는 송신기 (40), 예를 들어 선박에 의해 주로 수평으로 방출되는 탐지파 (50) 에 대해 투명하다. 송신기와 함께 수신기 (40) 가 또한 위치되며, 예컨대 이 둘은 배의 구성요소이다. 제 1 선체 (20) 는 여기에서 섬유강화 복합 재료로 제조되며, 따라서 109 내지 1012 Hz 범위의 전자기 방사선에 대해 사실상 투명하며, 잠수 상태에서 또한 소나 사운드 (sonar sound) 에 투명하다. 타워 및 제 2 선체 (30) 는 제 1 영역에서 제 1 선체 (20) 아래에 배치된다. 제 2 선체는 109 내지 1012 Hz 범위의 전자기 방사선 및 소나 사운드에 대해 반사성이고, 예컨대 제 2 선체 (30) 는 강으로 이루어진다. 제 2 선체는 수직에 대해 10°의 기울기를 가지며, 평평한 표면으로서 구현된다. 결과적으로, 입사 탐지파 (50) 는 수평에 대해 20°의 각도로 반사되고, 수신기 (40) 에 도달할 수 없다. 따라서, 잠수함 (10) 은 송신기 및 수신기 (40) 에 의해 위치발견될 수 없다.
잠망경 또는 스노클과 같은 물체는 공간상의 이유로 도 3 에 도시된 제 2 선체 (30) 를 통해 공급되어야 할 수도 있다. 따라서, 상기 잠망경과 스노클은 제 2 선체 (30) 의 외부에 배치되어서, 후방 산란 단면의 증가에 기여하고 시그너처의 성능저하 (degradation) 에 기여한다. 그러나, 상기한 영향은 제 1 선체 (20) 의 형상의 유체역학적 최적화 및 제 2 선체 (30) 에 의한 시그너처의 최적화에 비해 작다.
물론, 제 2 선체 (30) 가 도시된 바와 같이 단지 평평한 표면으로만 구성되는 것이 아니라, 제 2 선체 (30) 가 톱니형 패턴으로 배치된 복수의 평평한 표면으로 구성되며, 개별 표면이 바람직하게는 예컨대 +15°또는 -15°의 각도를 갖는 표면 법선을 포함하는 것을 또한 생각할 수 있다. 이는 더 콤팩트한 구조를 가능하게 한다.
도 4 에, 본 발명에 따른 또 하나의 잠수함 (10) 이 도시되어 있다. 도시된 상기 예에서, 최적화된 제 1 영역은 뱃머리 영역이다. 뱃머리 영역에는, 소나에 투명한 제 1 선체 (20) 아래에 제 2 선체 (30) 가 있고, 제 2 선체 (30) 뒤에, 압력 선체를 형성하는 제 3 선체 (60) 가 있다. 잠수함 (10) 의 중앙 영역에서, 잠수함 (10) 은 단일 선체 보트로서 구현될 수 있고, 따라서 여기서 제 1 선체 (20) 가 또한 압력 선체를 형성한다. 제 2 선체 (30) 는 바람직하게는 수직에 대해 하향 12°의 경사를 갖는 평평한 표면으로서 구현된다. 결과적으로, 수평 입사 탐지파 (50) 가 반사파 (55) 로서 하향 24°의 각도로 반사된다. 결과적으로, 잠수함 (10) 의 위치발견이 성공적으로 방지될 수 있다. 이 경우, 제 1 선체 (20) 는 바람직하게는 강으로 구성되고, 제 2 선체 (30) 는 바람직하게는 폼, 특히 폐쇄 셀 폴리우레탄 폼으로 구성된다. 제 1 선체 (20) 와 제 3 선체 (60) 사이의 영역은 물로 채워진다. 결과적으로, 제 1 선체 (20) 는 탐지파 (50) 및 반사파 (55) 에 대해 투명하다. 제 2 선체 (30) 는 예컨대 사운드에 대한, 따라서 탐지파 (50) 에 대한 양호한 반사 특성을 갖는 15 ㎜ 두께의 폼 판 (foam plate) 으로 구성된다.
도 4 에 도시된 예에서, 제 3 선체 (60) 로부터, 따라서 잠수함 (10) 의 내부로부터 제 1 선체 (20) 까지 연장되는 배럴 (도시 안 됨) 이 또한 제 2 선체 (30) 를 통해 공급되어야 한다. 결과적으로, 배럴의 일부는 제 2 선체 (30) 의 전방에 놓이고, 따라서 시그너처에 기여한다. 그러나, 배럴의 형상으로 인해 상기 기여는 상대적으로 작다.
도 5 는 본 발명에 따른 또 다른 잠수함 (10) 의 단면을 보여준다. 잠수함 (10) 은 2-선체 보트로서 구현되며, 제 1 선체 (20), 및 제 3 선체 (60) 에 의해 형성되며 제 1 선체 (20) 로부터 이격되어 있는 압력 선체를 포함한다. 제 1 선체 (20) 는 섬유 복합 재료로 제조되고, 제 3 선체 (60) 는 강으로 제조된다. 제 1 선체 (20) 와 제 3 선체 (60) 사이에는, 예컨대 8 개의 평평한 표면으로 이루어진 제 2 선체 (30) 가 배치된다. 수평 방향에서의 반사를 피하기 위해, 평평한 표면의 표면 법선이 수평에 대해 22.5°또는 147.5°의 각도를 이루도록 평평한 표면이 배치된다. 제 2 선체 (30) 는 15 ㎜ 두께의 폼 판으로 제조된다.
예컨대 도 3 에 도시된 예에 따라 타워의 레이더 시그너처를 최적화하기 위해 그리고 도 4 및/또는 도 5 에 도시된 예시적인 실시형태에 따라 보트의 보디의 소나 시그너처를 최적화하기 위해, 예컨대 도면들에 도시된 예시적인 실시형태들이 서로 조합될 수 있다.
도 6 에는, 제 1 선체 (20) 및 제 2 선체 (30) 를 갖는 항공기 (70) 가 도시되어 있다. 제 1 선체 (20) 는 공기역학적으로 최적화되고, 제 2 선체 (30) 는 레이더 후방 산란 단면에 관해 최적화된다.
10 잠수함
20 제 1 선체
30 제 2 선체
40 송신기 및 수신기
50 탐지파
55 반사파
60 제 3 선체
70 항공기
20 제 1 선체
30 제 2 선체
40 송신기 및 수신기
50 탐지파
55 반사파
60 제 3 선체
70 항공기
Claims (12)
- 제 1 선체 (20) 및 제 2 선체 (30) 로 이루어지는, 특히 항공기 또는 선박, 특히 잠수함 (10) 인 유체 비히클로서,
상기 제 2 선체 (30) 는 적어도 제 1 영역에서 상기 제 1 선체 (20) 의 아래에 배치되고,
상기 제 1 선체 (20) 의 형상은 적어도 상기 제 1 영역에서 유체-역학적으로 최적화되고,
상기 제 1 선체 (20) 는 제 1 탐지파 (50) 에 대해 투명하고, 상기 제 2 선체 (30) 는 상기 제 1 탐지파 (50) 에 대해 불투명하고, 상기 제 2 선체 (30) 의 형상은 상기 제 1 탐지파 (50) 에 관한 시그니처를 최소화하도록 최적화되고,
상기 제 2 선체 (30) 는 상기 제 1 탐지파 (50) 에 대해 반사성인, 유체 비히클. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 선체 (20) 의 아래 그리고 상기 제 2 선체 (30) 의 아래의 적어도 제 2 영역에 제 3 선체 (60) 가 배치되고, 상기 제 3 선체 (60) 는 압력 선체를 형성하는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 탐지파 (50) 는 입사 제 1 탐지파 (50) 로부터 적어도 6°, 바람직하게는 적어도 12°, 특히 바람직하게는 적어도 20°만큼 편향된 방향으로 50% 이상 반사되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 탐지파 (50) 는 음파 또는 전자기파인 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 탐지파 (50) 는 음파이고, 반사파 (55) 는 하향 반사되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 탐지파 (50) 는 전자기파이고, 반사파 (55) 는 상향 반사되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
동일한 또는 유사한 최적의 지오메트리를 갖는 탐지파들이 동일한 선체에서 반사되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 선체 (30) 의 형상은 수평 입사 탐지파 (50) 에 관한 시그너처를 최소화하도록 최적화되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 선체 (30) 는 적어도 하나의 평평한 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 5 항에 있어서,
적어도 하나의 평평한 표면의 표면 법선이 상기 유체 비히클의 길이방향에 대해 적어도 6°, 바람직하게는 적어도 12°, 특히 바람직하게는 적어도 20°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 선체 (20) 는 강 또는 섬유강화 복합 재료로 구성되고, 상기 제 2 선체 (30) 는 솔리드 폼 (solid foam) 으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 선체 (20) 는 섬유강화 복합 재료로 구성되고, 상기 제 2 선체 (30) 는 금속 또는 다른 전기전도성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유체 비히클.
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