NL8700583A - Onderwaterwapen. - Google Patents

Description

LE 3640-19 Ned hm/hv ·% P & C * *

General Dynamics Corporation

Korte aanduiding: Onderwaterwapen.

De uitvinding heeft betrekking op een anti-onderzeebootwapen en in het bijzonder op zulk een wapen dat boven water in de nabijheid van een 5 onderzeeboot of soortgelijk doel kan worden gebracht, waarna het wapen na het binnentreden van het water zichzelf voortstuwt en naar de onderzeeboot beweegt.

Technieken voor het opsporen van vijandelijke onderzeeboten zijn tot een zeer geraffineerd niveau ontwikkeld. De mogelij Idleid om een oorlogsla-10 ding te brengen op een punt waar vernietiging van de onderzeeboot vrijwel verzekerd is, heeft daarmee echter geen gelijke tred gehouden.

Sinds de tweede wereldoorlog is het effectieve bereik van dieptebommen opgevoerd door de invoering van raket-voortstuwingsstelsels die het wapen op grotere afstand van het lancerende schip kunnen brengen. Hoewel dit het 15 werkbereik opvoert en aldus de veiligheid van het lancerende schip vergroot, moeten deze wapens nog vrijwel direct op de vijandelijke onderzeeboot vallen teneinde zijn vernietiging te verzekeren. Er zijn meer geraffineerde onderzeeboot bestrijdingswapens ontwikkeld in de vorm van anti-onderzeeboot-torpedo1s die, nadat de torpedo zich in het water bevindt, in staat zijn 20 een onderzeeboot op te sporen en er achter aan te gaan (te achtervolgen).

Er is een anti-onderzeeboot-raketstelsel (ASROC) ontwikkeld voor het in de lucht lanceren en uitbrengen van een torpedo in de nabijheid van een onderzeeboot, waarna de torpedo het water binnentreedt en vervolgens de onderzeeboot opspoort en zich derwaarts spoedt (achtervolgt) voor zijn ver-25 nietiging.

Zulke stelsels zijn ingewikkeld en kostbaar. Verder zijn zulke wapens vatbaar voor tegenmaatregelen, die worden genomen door de onderzeeboot, en zijn verder grotendeels onwerkzaam in ondiep water (minder dan ISO meter) of tegen onderzeeboten aan de oppervlakte. Dit houdt in dat vijandelijke 30 onderzeeboten met een belangrijke onkwetsbaarheid kunnen opereren aan de oppervlakte of binnen zeer uitgestrekte gebieden langs de continentale platten, terwijl zij jagen op de kustvaart en grote-vaart binnen die gebieden. Het is uiteraard zeer belangrijk te kunnen beschikken over een anti-onderzeebootwapen dat effectiever is in zijn werking, in het bijzonder ten opzichte 35 van onderzeeboten aan de oppervlakte en in ondiepe kustwateren en dat bovendien eenvoudiger en minder kostbaar in vervaardiging en gebruik is.

Er zijn verscheidene voorbeelden bekend van pogingen tot de ontwikkeling van wapens voor het gebruik bij de onderzeebootbestrijding. Een voorbeeld is het eerder genoemde wapen ASROC dat bestaat uit een torpedo of 40 een dieptebom, een raketmotor en een valscherm. Bij het binnentreden van 8700583.

-.- « -2- het water scheidt de torpedo zich af van de andere onderdelen en beweegt zich naar de onderzeeboot. Het opsporen vaii een onderzeeboot is echter beperkt tot naar voren gerichte detectiestelsels die soms niet in staat zijn 5 een onderzeeboot op te sporen die zich zijdelings van het punt bevindt waar de torpedo het water binnentreedt, tenzij de torpedo aanvankelijk een jacht-koers vaart volgens een cirkel en de onderzeeboot op die wijze zoekt. Een ander voorbeeld is een wapen dat met een raket of kanon wordt gelanceerd en dan het water binnentreedt, waarbij het zinkt om de onderzeeboot te on-10 derscheppen. Het is niet voorzien van een onder water werkend voortstuwings-stelsel, maar levert enige sturing van de zinkrichting als reactie op akoestische detectie van het geluid van een onderzeeboot.

Er zijn ook verscheidene typen detectiestelsels en stuurstelsels werkend bij radiofrequenties bekend en verscheidene soorten onderwatervaartuigen 15 en voortstuwingsstelsels, waarvan sommige oorlogsladingen en stuurmechanismen bevatten teneinde doelzoekende torpedo's te verkrijgen.

Ondanks de veelheid aan bekende pogingen tot het oplossen van de problemen van de onderzeebootbestrijding, in het bijzonder ten aanzien van de detectie en voortstuwing onder water, is tot dusverre nog niet de oplos-20 sing verkregen, die hier zal worden beschreven.

De uitvinding betreft hier in het bijzonder een wapen voor het vernietigen van een onderwaterdoel bevattende: - een huis; - een in het huis gemonteerde oorlogslading nabij het voorste einde ervan; 25 - een richtings-stuurstelsel voor het sturen van het wapen onder water als reactie op stuurregelsignalen geproduceerd door doelzoekmiddelen; en - een hydropuls-voortstuwingsmechanisme voor het opwekken van een serie op elkaar volgende hydropulsen, omvattende: een kamer binnen het huis nabij het achtereinde ervan, een waterstraalpijp, die uit de kamer naar 30 achteren uitsteekt; een orgaan voor het periodiek toelaten van zeewater in de kamer; en een orgaan voor het uitdrijven van zeewater door de straalpijp met behoorlijke kracht teneinde de stuwdruk te ontwikkelen voor het voortstuwen van het wapen.

De uitvinding beoogt in het kort het verschaffen van een wapen te 35 gebruiken tegen onderzeeboten, mijnen en soortgelijke doelen, voorzien van: een oorlogslading, van zowel passieve als actieve stelsels voor het opsporen van het doel onder water en voor het zodanig sturen van het wapen dat het zich naar het doel beweegt, van een eenvoudig maar effectief onderwater-voortstuwingsstelsel voor het onder water aandrijven van het wapen met een 40 snelheid die bruikbaar is voor het onderscheppen van een bewegend doel 8700583 * i -3— binnen een redelijke afstand van het wapen, en van een voorziening voor het afgeven van het wapen in de nabijheid van een eerder opgespoord onderwater-doel. De uitvinding is bijzonder effectief als anti-onderzeebootwapen en 5 zal hier in die zin worden beschreven. Het is echter duidelijk dat de toepassing niet daartoe is beperkt maar zich ook kan uitstrekken tegen onder-watermijnen, zowel van het drijvende type als van het verankerde en opstijgende type, binnen het effectieve dieptebereik (180 meter) van het wapen. Inrichtingen volgens de uitvinding zijn effectiever dan een dieptebom, daar 10 zij zowel geleidingsstelsels als voortstuwingsstelsels bevatten, maar zij zijn veel minder ingewikkeld dan een torpedo, die volgens andere ontwerp-beginselen is uitgevoerd en andere doeleinden heeft.

Bij een eerste uitvoeringsvorm omvat het wapen een raketmotor teneinde zich door de lucht voort te bewegen vanaf een moederschip tot nabij het 15 doel. Na het binnentreden van het water wordt de raketkamer gebruikt als kamer voor het hydropuls-voortstuwingsstelsel teneinde het wapen onder water aan te drijven bij het onderscheppen van het doel. De hydropuls-motor werkt door herhaalde vulling van de raketkamer met water, gevolgd door het uitstoten van het water bij hoge snelheid via een mondstuk aan de achterzijde 20 van het wapen door middel van een reeks van gasgeneratoren die achtereenvolgens worden ontstoken. Tijdens het branden van een van de gasgeneratoren met de daaraan gepaard gaande uitstoting van het water uit de kamer teneinde het vaartuig te versnellen om het doel te onderscheppen wordt een aanmerkelijk geruis opgewekt. Tijdens de intervallen tussen de impulsen, waarbij 25 het vaartuig uitloopt, is het zelf opgewekte geruis minimaal en actieve of passieve akoestische detectoren op het lanceer-vaartuig kunnen dan luisteren naar ruis afkomstig van een onderzeeboot. De sturing van het doelzoeken is betrekkelijk eenvoudig, in het bijzonder als de onderzeeboot beweegt.

Bij een tweede uitvoeringsvorm wordt het wapen door een hefschroef-30 vliegtuig of ander luchtvaartuig voor de onderzeeboot-bestrijding afgeleverd in de nabijheid van het doel. Bij deze uitvoering bevat de raketkamer geen voortstuwingsmiddel, maar hij dient wel als voortstuwingskamer van het hydro-puls-stelsel als het wapen eenmaal in het water is afgeworpen.

Uitvoeringsvormen volgens de uitvinding zijn in het bijzonder ont-35 wikkeld voor gebruik tezamen met bestaande lanceerstelsels, zoals die worden gebruikt voor het lanceren van met raketten voortgestuwde dieptebommen.

Bij het gebruik met één van deze stelsels, die in wezen een dieptebom zonder onderwatervoortstuwing lanceren, voegt de uitvinding een bereik van meer dan 450 m toe aan het bereik van het stelsel zonder onderwater-voortstuwing.

40 Bovendien en belangrijker nog, is een inrichting volgens de uitvinding in 8700583

Ik. ...........

t ί -4- staat een bewegende onderzeeboot te onderscheppen en daarmee in feitelijke aanraking te komen, teneinde de oorlogslading rechtstreeks tegen de romp te doen exploderen, waardoor afstandsfouten en dwarsfouten bij het lanceren 5 van dieptebommen van deze stelsels worden gecompenseerd, welke fouten er vaak de aanleiding toe zijn dat er weinig of geen schade aan de onderzeeboot wordt aangericht aangezien de misserafstand te groot is. Daardoor wordt het vernietigingspercentage aanmerkelijk opgevoerd. De nieuwe uitvoering kan worden toegepast bij bekende stelsels die reeds op schepen zijn aange-10 bracht voor bekende dieptebom-lanceerstelsels en dergelijke, zoals sonar-stelsels, vuurleidingsstelsels en lanceerstelsels op een schip voor onder-zeebootbestrijding die dienen voor het opsporen van de onderzeeboot en het sturen van de lancering van het wapen. Voor zover het wapen wordt meegevoerd door hefschroefvliegtuigen en andere luchtvaartuigen voor onderzeebootbe-15 strijding wordt tevens gebruik gemaakt van de gebruikelijke detectiestelsels voor het afwerpen van het wapen.

De uitvinding heeft tot kenmerk, dat het doelzoekorgaan duale sonar— systemen omvat, waarbij elk systeem ingericht is om sonarpulsen uit te zenden en de stuurregelsignalen op te wekken naar regelstuurmiddelen om het 20 wapen te richten naar het doel afhankelijk van de akoestische signalen weerkaatst door hun doel, terwijl tenminste één van de systemen een signaal-bewerker omvat om de emissie van sonarpulsen daaruit te veroorzaken enkel in de tijdsintervallen tussen op elkaar volgende hydropulsen, wanneer de onderwatersnelheid beneden een snelheid is, waarbij eigen-geruis de ontvangst 25 van akoestische signalen, die een maat zijn voor doelreflecties, uitblokkeert; één van de duale sonarsystemen een opspoorsysteem bevat met een groot aantal zijdelings gemonteerde omzettere, ruimtelijk verdeeld over de zijden van het wapen voor het zenden en ontvangen van akoestische signalen binnen een zijdelings veld, dat het wpaen omgeeft; waarbij het andere van de sonar-30 systemen een achtervolgsysteem bevat met middelen voor het zenden en ontvangen van sonarpulsen, gemonteerd nabij de neus van het wapen; terwijl het achtervolgsysteem een pulsgenerator omvat, waarvan de toepassing op de omzetters van het opspoorsysteem wordt gestuurd en 'getimed' door de signaalbewerker; en voorts zend- en ontvangstmiddelen omvat, bevattende 35 resp. een akoestische signaalgenerator en -ontvanger gemonteerd in de neus van het wapen voor het uitzenden van sonarpulsen onder water en het ontvangen van gereflecteerde echo's.

Bij voorkeur bevat de akoestische signaalgenerator een mozaïek-opstelling van omzetters, die zo georiënteerd is, dat een ongeveer kegelvormig bundel-40 patroon voorwaarts wordt uitgestraald uit de neus van het wapen.

8700583 i * -5-

Op zeer voordelige wijze omvat het opspoorsysteem een omzetter-selector, gestuurd door de signaalbewerker voor het toevoeren van een zenderpuls naar de omzetters in successie, zodat zij sonarpulsen uitzenden; waarbij het 5 opspoorsysteem middelen omvat om te reageren op ontvangen signalen afkomstig uit een gegeven omzetter en het verschaffen van een commandosignaal aan het stuurregelorgaan om het wapen te richten in de richting van het gedetecteerde doel; terwijl het orgaan om te reageren op ontvangen signalen, bevat: een circuit voor het discrimineren tussen doelsignalen en echosignalen door 10 het opheffen van ongewenste echo-reflectiesignalen.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm omvat het circuit een paar vertragingstrappen in tandem, waarbij elke vertragingstrap is voorzien van een orgaan voor het combineren van een signaal ontvangen door die trap met een uitgangssignaal van die trap met tegengestelde polariteit.

15 Door de eenvoud van de opzet van een wapen volgens de uitvinding, zijn constructie als éen geheel, de robuustheid van de voortstuwing, de toegepaste detectiestelsels en stuurstelsels en het gemeenschappelijk gebruik van dezelfde inrichting voor de voortstuwing boven het water en onder water zijn deze wapens betrekkelijk eenvoudig en goedkoop in aanmaak. De 20 kostprijs van een enkel wapen volgens de uitvinding bedraagt bijvoorbeeld tussen 2% en 5% van de kostprijs van een overeenkomstig ASROC wapen.

Een belangrijk voordeel van het wapen in kwestie is gelegen in het feit dat het niet beschikt over de combinatie van snelheid en bereik die nodig is voor het inhalen van een zich met matig hoge snelheid verplaatsend 25 oppervlakte vaartuig of onderzeeboot. Daardoor is het uitzettende vaartuig veilig tegen aanraking met zijn eigen wapens. (Het is voorgekomen dat torpedo's hun koers verlegden en zich begaven naar de onderzeeboot door welke zij waren gelanceerd, die daardoor werd vernietigd).

De uitvinding wordt hieronder nader toegelicht aan de hand van de 30 tekening, die betrekking heeft op enige uitvoeringsvoorbeelden van een wapen volgens de uitvinding.

Pig. 1 is een schets van de bedrijfswijzen van stelsels volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een schets van het opsporen van een doel en het geleiden 35 van een wapen volgens de uitvinding naar het doel nadat het wapen het water is binnengetreden.

Fig. 3 is een doorsnede door een uitvoeringsvorm van een wapen volgens de uitvinding.

Fig. 4 is een achteraanzicht van het wapen uit fig. 3.

40 Fig. 5 is een doorsnede van een enigszins gewijzigde uitvoering van 8700583 tf t -6- een wapen volgens de uitvinding.

Fig. 6 is een diagram van het aanvankelijke bedrijf van een wapen volgens de uitvinding.

5 Fig. 7 is een diagram van het snelheidsverloop van een wapen volgens de uitvinding tijdens de voortstuwing onder water.

Fig. 8 is een blokschema van het detectiestelsel en geleidingsstelsel van een wapen volgens de uitvinding.

Fig. 9 is een blokschema vna een deel van het circuit uit fig. 8.

10 In fig. 1 is de afgifte van een onderwaterwapen 10 volgens de uitvin ding voor het vernietigen van een onderzeeboot 12 schetsmatig afgebeeld.

De afgifte kan plaatsvinden door een vaartuig 14 of een hefschroefvliegtuig 16.

Als het wapen 10 wordt afgeworpen door een luchtvaartuig zoals het 15 hefschroefvliegtuig 16 of een ander luchtvaartuig voor onderzeebootbestrij-ding, wordt het wapen 10 afgeworpen nabij de onderzeeboot, waarna het onafhankelijk de onderzeeboot 12 opspoort en zich daarheen beweegt teneinde de oorlogslading in aanraking daarmee te doen detoneren.

Bij de tegenwoordig beschikbare technieken kan de onderzeeboot 12 20 worden opgespoord en het wapen 10 vanaf het hefschroefvliegtuig 16 in het water worden gebracht binnen een afstand van 90 m a 360 m van het doel.

Bij het lanceren vanaf een schip 14 kan het wapen 10 eveneens binnen een vergelijkbare doelafstand in het water worden gebracht. Dit ligt ruimschoots binnen het bereik van een wapen 10 voor het akoestisch opsporen van het 25 doel en het daarheen bewegen, alsmede binnen de mogelijkheden van het hydro-puls-voortstuwingsstelsels voor het onderscheppen van de onderzeeboot.

Na het binnentreden van het water (zie fig. 2) vertraagt het wapen 10 snel tot zijn nominale zinksnelheid in nagenoeg verticale stand.

Het wapen IQ wordt dan in de richting van het doel gestuurd door be-30 diening van zijn stuurvlakken 90 als reactie op de doelopsporing. Zodra de luchtbel, die ontstaat bij het binnentreden van het water, verdwijnt, zenden en ontvangen zijdelings aangebrachte sonar-omzetters 80 teneinde het doel op te sporen. De zijdelings aangebrachte omzetters doorzoeken een watervolume in een torus die het wapen 10 omringt en zich uitstrekt tot 35 het maximale bereik van het detectiestelsel. Daar het wapen aanvankelijk vrijwel verticaal staat, vindt de doelopsporing in alle richtingen plaats en levert het een Doppler-discriminatie tot een doelsnelheid van minimaal 3,6 km/h in tegenstelling tot de detectiemogelijkheden van een torpedo die naar het doel gericht moet zijn en dit tijdens de detectie moet achtervolgen. 40 Het opsporingbundelpatroon 18 van de zijdelings aangebrachte omzetters is 8700583 -7- * * afgeheeld in fig. 2, evenals het bundelpatroon 20 voor de actieve geleiding dat wordt afgegeven door een afzonderlijke in de neus aangebrachte sonar-omzetter 40 die in werking treedt voor het actief bepalen van stuurcorrec-5 ties naar het doel. Het wapen 10 bereikt een gemiddelde onderwater-snelheid van 55,6 km/h tot een afstand van ongeveer 450 irt. Aangenomen wordt dat de maximale doelsnelheid tussen 9 km/h en 12,5 km/h ligt in geringe waterdiepten tussen 30 m en 60 m. Als onderzeeboten met grotere snelheden moeten worden aangevallen kan het wapen vóór het doel worden afgeworpen.

10 Nadat het wapen 10 het water binnentreedt vult zijn motorkamer zich met zeewater. Een generator voor hete gassen wordt vervolgens ontstoken om het water uit te drijven via een mondstuk en voortstuwing te leveren.

Door het afwisselend opnemen en uitdrijven van water wordt het wapen 10 door het water voortgestuwd.

15 De figuren 3 en 4 stellen een langsdoorsnede resp. achteraanzicht van een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding voor. Zoals blijkt uit fig.

3 is het wapen. 10 verdeeld in vier hoofddelen: een voorste omzetterdeel met zendontvanger 30, een oorloglading 32, een voortstuwingsstelsel 34 en een richtingsstuurstelsel 36.

20 Het voorste deel 30 bevat een mozaieke opstelling van akoestische omzetters 40 die in de neus zijn aangebracht en een bijbehorende zender en ontvanger die tezamen een actief monopuls-volgstelsel van hoog vermogen vormen. De zender, ontvanger en contact-ontsteker voor de oorlogslading zijn aangebracht in het blok 42 achter de omzetters 40. De oorlogslading 25 32 bevat bij voorkeur 67,5 kg springstof die de ruimte voor de oorlogslading grotendeels vult, tezamen met een beveiligde detonator 44 die aan de achterzijde van de oorlogslading is afgebeeld. Een niet-afgebeelde buis is aanwezig teneinde de kabels vanaf de rekeninrichting 82 naar de neus te voeren voor aansluiting op de zender en ontvanger.

30 Het voortstuwingsstelsel 34 heeft twee doeleinden. Zijn hoofdonder deel is de kamer 46 die wordt omsloten door een huis 48. Voor de raket-voortstuwing bevat de kamer 46 één of meer brandeenheden 50 met gesegmenteerde korrels en een reeks gasuitlaatpijpen 52. Het raketvoortstuwings-stelsel dient om het wapen 10 bij lancering vanaf een vaartuig voort te 35 stuwen tot het binnentrede! in het water nabij een doel, als afgebeeld in fig. 1. De brandeenheden 50 zijn volledig opgebrand als het water 10 het water binnentreedt. Op dat tijdstip worden de gasuitlaatpijpen 52 gesloten door middel van een draaibare plaat 54 met een reeks gaten die overeenkomen met de openingen in de gasuitlaatpijpen 52. De plaat 54 wordt verdraaid 40 totdat zijn gaten niet langer op één lijn liggen met de gasuitlaatopeningen, 8700533 -8- wat gebeurt door middel van een tandwielinrichting 56 en elektromotor 58.

De gasuitlaat-straalpijpen 52 zijn daardoor afgesloten, waardoor als enige opening aan het achtereinde van de kamer 46 een waterstraalpijp 60 overblijft.

5 Voor de voortstuwing onder water vult de kamer 46 zich met water en vervolgens wordt een gasgenerator ontstoken teneinde het water uit de drijven door de straalpijp 60, waardoor een voortstuwende hydropuls wordt opgewekt. Zeewater treedt de kamer 46 binnen via inlaatkanalen 62 en kleppen 64. De kleppen worden bediend door magneetspoelen 66 en bijbehorende koppe-10 lingen 68. Een reeks gasgeneratoren 70 die via buizen 72 in verbinding staan met de kamer 46, aangebracht volgens een krans om de lengte-as van het wapen 10 en na elkaar ontstoken worden teneinde een reeks hydropulsen op te wekken die het wapen voortstuwen door het water.

In het gebied tussen de kamer 46 en de oorlogslading 32 bevindt zich 15 verder een reeks zijdelings aangebrachte akoestische omzetters 80, die worden gebruikt voor het opsporen van de onderzeeboot in de beginfase, alsmede een primaire batterij en signaalbewerkingsinrichting 81 die zijn gemonteerd in het centrale blok 82.

Fig. 6 is een diagram van een typerende aanvangsoperatie van hydro-20 puls-voortstuwingsstelsel van het wapen bij het binnentreden van het water.

In fig. 6 is de koers van het wapen afgebeeld, beginnende met het binnentreden in het water met een typerende invalshoek van 53° en een snelheid van 180 m/s. Binnen een halve seconde na het binnentreden in het water is de snelheid gedaald tot 23 m/s en een seconde na het binnentreden is de snel-25 heid gedaald tot 12 m/s, op welk tijdstip de luchtbel om het wapen verdwijnt, zodat het water in aanraking komt met de akoestische omzetters. Tijdens de volgende twee seconden wordt de richting van de onderzeeboot vastgesteld door middel van de zijdelings aangebrachte omzetters 80 en de hydropuls-kamer vult zich met water. Daarna wordt de eerste gasgenerator 70 ontstoken 30 teneinde de eerste hydropuls op te wekken. Dit versnelt het wapen en stelt zich het in staat/te wenden in de richting van het doel. Het wapen kan desgewenst reeds voor de eerste hydropuls in de richting van het doel worden gewend.

Na de eerste hydropuls loopt het wapen uit en het ontvangt geleidingsinfor-matie terwijl zijn voortstuwingskamer zich opnieuw vult met zeewater. Ver-35 volgens wordt een tweede gasgenerator ontstoken teneinde een tweede hydropuls op te wekken die het wapen opnieuw versnelt en voortstuwt naar de onderzeeboot. Deze cyclus herhaalt zich totdat de onderzeeboot is vernietigd of de gasgeneratoren zijn uitgeput, waarbij het wapen afwisselend uitloopt terwijl het geleidingsinformatie ontvangt en zichzelf naar het doel voort-40 stuwt.

8700583 # ^ -9-

Fig. 7 is een diagram van het snelheidsverloop van het wapen. Uit dit diagram blijkt dat de snelheid tijdens opeenvolgende hydropulsen varieert tussen ongeveer 10,7 m/s en 21,4 m/s, met een gemiddelde snelheid van onge-5 veer 15,3 m/s of 55,6 km/h. Dit is voldoende ten opzichte van de meeste onderzeeboten, in het bijzonder in ondiep water waarvoor het wapen is ontwikkeld. Als de onderzeeboot probeert te ontsnappen kan het wapen vóór de onderzeeboot in het water worden gebracht, waardoor de noodzakelijke voorsprong voor het onderscheppen en vernietigen wordt verkregen.

10 Door zijn bedrijfswijze is het wapenstelsel volgens de uitvinding bijzonder geschikt voor het overwinnen van de moeilijkheden van onder water-doeldetectie die optreden tijdens de voortstuwing naar het doel. De functie van het geleidingsstelsel is het opsporen van het doel en het opwekken van stuurcommando's. Het geleidingsstelsel 36 moet de problemen van door het 15 wapen zelf opgewekt geruis, echo's aan het wateroppervlak en de zeebodem en het opsporen van het doel overwinnen. Onderwaterwapens zoals akoestisch doelzoekende torpedo's die gebruik maken van akoestische sturing zijn in hun prestaties gewoonlijk beperkt door het door het wapen zelf opgewekte geruis.

20 Naarmate de snelheid van het wapen hoger is, wordt het door het wapen zelf opgewekte geruis sterker, totdat bij ongeveer 65 km/h de geleiding wordt begrensd door het geruis en de prestaties van het stelsel verslechteren. Deze begrenzende ruis wordt veroorzaakt door het voortstuwingsgeruis en het stromingsgeruis van het wapen.

25 Het wapen volgens de uitvinding levert echter een unieke oplossing voor deze moeilijkheid. De hydropulsmotor levert een variërend snelheidsverloop voor het wapen met een snelheid onder 35 km/h gedurende een groot deel van de tijd. In deze perioden wordt het akoestische stelsel in werking gesteld en het werkt dan in een omgeving zonder eigen-geruis en verschaft 30 de noodzakelijke foutmetingen. Deze techniek van het uitsluitend waarnemen van het doel als het eigen-geruis gering is lost het probleem van een te sterk eigen geruis op.

Teneinde geschikte vultijden en redelijke kamerdrukken mogelijk te maken is de motorcyclus van het basis-ontwerp in de orde van 3,5 s per impuls. 35 Als de rustige tijd van lage snelheid wordt gebruikt voor akoestische doel-metingen beperkt dit de fout-bijwerktijd voor elke motorimpuls tot ongeveer 0,3 è 1 bijwerking per seconde. Hoewel dit betrekkelijk geringe gegevens-tempo voor het geleidingsstelsel enig na-ijlen van de doelbenadering kan veroorzaken, in het bijzonder als het doel zijdelings wordt benaderd, ver-40 betert deze na-ijling de waarschijnlijkheid van vernietiging doordat het 8700583

Ll -10- invalspunt van het wapen wordt verschoven naar het kwetsbaardere gebied achter het midden van de onderzeeboot. Een andere factor die samengaat met de variërende wapensnelheid is de niet-lineaire betrekking tussen de stuur-5 krachten en de hoeksnelheid bij het draaien. Deze dynamische veranderlijke wordt bewerkt door een microcomputer die is opgenomen in het geleidingsstelsel.

De opsporing en het volgen van een onderzeeboot in ondiep water vereist een verhouding tussen signaal en echo die voldoende is om tegemoet te komen aan de eisen ten aanzien van detectie, vals alarm en nauwkeurig-10 heid van geleiding. Belangrijke factoren die de echoniveaus beïnvloeden zijn het bundelpatroon van de omzetter, de toestand van de zeespiegel, de hoek ten opzichte van de zeespiegel, de toestand van de zeebodem, de hoek ten opzichte van de zeebodem en de bedrijfsfrequentie.

Een impuls akoestische energie wordt uitgestraald in het water en 15 zijn grensvlakken.. Naarmate een golf zich voortplant veroorzaakt hij reflecties aan de grensvlakken en het doel. De hoeken ten opzichte van het wateroppervlak en de zeebodem en de afstand tot bestraalde gebieden veranderen als functie van de tijd. Bredere bundelpatronen veroorzaken een groter bestraald gebied, wat meer echo's veroorzaakt. Uiteindelijk overheerst het 20 afstand-effect, waardoor de echo's ophouden. De echo's op enig tijdstip worden bepaald door de integraal over de oppervlakten. Een berekening van deze integraal voor een typerende geometrie levert achterwaartse stoor-coëfficiënten op in het gebied tussen -15 dB en -10 dB bij 100 Hz voor bundel-breedten van 40°. Bij een, doel boven -5 dB is een voldoende verhouding tus-25 sen doel-echo's en andere echo's beschikbaar voor een goede detectie en volgwerking op basis van een enkele impuls. In het algemeen hebben wapens volgens de uitvinding een doel-opsporingsbereik van ongeveer 450 m.

In de figuren 8 en 9 zijn blokschema's aangegeven van het geleidingsstelsel in een wapen volgens de uitvinding. Zoals blijkt uit fig. 8 zijn 30 twee sonarstelsels aanwezig, waarvan het ene (80) wordt gebruikt voor het opsporen en het andere (120) voor het volgen. Deze stelsels zijn voorzien van signaalbewerkingsinrichtingen die zijn aangepast aan de betreffende toepassing.

Het opsporingsstelsel omvat acht zijdelings aangebrachte omzetters 35 80 die zijn aangesloten op een omzetter-kiezer 102. Het mozaïek-stelsel 40 van het volgstelsel is gekoppeld met de kiesinrichting 104 voor opsporen en volgen die een keuze maakt tussen het opsporingsstelsel 80 en volgstelsel 40 door zijn verdere aansluiting op een zend/ontvang-kiesketen 106 die is gekoppeld aan de omzetter-kiezer 102 van het opsporingsstelsel. De kies-40 inrichting 102, 104, 106 ontvangen stuursignalen uit een microprocessor 8700583 -11- 108 voor de sturing en tijdbepaling die tevens een impulssignaal levert voor het sturen van een zender 110 die zijn uitgangsimpuls afgeeft aan de kiesketen 104. Signalen uit de kiesketen 106 worden toegevoerd aan een op-5 sporing-ontvanger 112 en vandaar uit aan een opsporing-processor 114 die is gekoppeld met de microprocessor 108.

De ontvanger voor het volg-sonarstelsel omvat vier hydrofonen 120 die zijn aangebracht in de moazïek-opstelling 40. De hydrofonen 120 zijn gekoppeld met een reken-eenheid 122 die een somsignaal alsmede differentiële 10 kaarthoek-signalen en elevatiesignalen levert aan een monopuls-ontvanger 124. Deze ontvanger 124 levert uitgangssignalen aan som- en verschil-processors 126 en 128 die op hun beurt signalen leveren aan een foutprocessor 130 die de stuurcommando's opwekt die worden toegevoerd aan stuurelementen 92 (zie fig. 3). De microprocessor 108 is tevens gekoppeld met de processors 126, 15 128 en 130 en levert de sturing van het totale geleidingsstelsel.

In fig. 9 zijn de trappen van de opsporings-ontvanger 112 afgebeeld.

In fig. 9 is een paar vertragingsversterkers 150 in serie geschakeld met tussengevoegde opteltrappen 152. Een verder ingangssignaal uit elke versterker 150 wordt toegevoerd aan de volgende opteltrap 152 teneinde storende 20 reflecties op te heffen. Elke trap van het circuit uit fig. 9 vertraagt de ontvangen impulstijd met de reciproke van de impulsherhalingsfrequentie in de trap 150 en trekt vervolgens de volgende impuls-echo af in de opteltrap 152. Dit wordt voor de derde impuls herhaald in de tweede trap. Als de impulsamplitude en impuls-fase niet noemenswaardig veranderen tussen deze drie 25 impulsen, wat het geval is voor storende reflecties, blijft na de aftrekkingen een zeer zwak signaal over.

Opsporingsbedrij f

Bij het opsporingsbedrijf, dat begint na het binnentreden van het water (zodra de intreeluchtbel is verdwenen en de omzettere met water in 30 aanraking zijn) begint het opsporingsbedrijf door het uitstralen van een akoestisch vermogen van 50 W door elk der acht zijdelings opgestelde om-zetters 80. Deze zendimpuls wordt geleverd door de kiesketens 104, 106 en 102 achtereenvolgens teneinde gelijktijdig alle acht omzetters 80 te doen werken voor een gelijkmatige verdeling in alle kaarthoekrichtingen. Dit 35 veroorzaakt het opsporings-bundelpatroon 18 uit fig. 2 van het wapen 10 onmiddellijk na het binnentreden in het water. Na het uitzenden van de impuls worden de acht omzetters 80 volgens een reeks afgetast voor echosigna-len. Het aftast-tempo is voldoende hoog opdat elk van de acht opnemers eenmaal wordt ondervraagd bij elke afstand-cel of tijdvak. Als een impuls van 40 60 ms wordt toegepast met een impulsherhalingsfrequentie van 1,5 Hz is dê k.

8700583 -12- ver3<regen golfvorm ondubbelzinnig in afstand tot ongeveer 510 m. Het kaart-hoek-aftast-tempo verdeelt de impuls van 60 ms in acht segmenten, wat een ontvanger-bewerkingsbandbreedte van 200 Hz per kanaal mogelijk maakt. Slechts 5 zes Doppler-kanalen zijn nodig voor het onderbrengen van doelsnelheden tot ongeveer 33 km/h.

Tijdens het opsporen worden tenminste drie impulsen uitgezonden. De storende reflecties worden gedeeltelijk onderdrukt (verminderd met 35 dB) door de drietraps-compensatie-inrichting (zie fig. 9 en de beschrijving 10 daarvan) in de opsporing-ontvanger (die een optimaal aangepast filter bevat voor drie impulsen bij storende reflecties met een verdeling volgens Gauss).

De opsporingssignalen uit de ontvanger 112 worden in de processor 114 bewerkt teneinde de aanwezigheid van een doel vast te stellen. De acht richtingen worden in tijd-multiplex door de omzetter-kiesketen 102 door 15 de enkele ontvanger 112 en bewerkingsinrichting 114 gevoerd, waarbij de zendimpuls van 60 ms wordt verdeeld in acht tijdvakken van elk 7,5 ms. Er wordt geen integratie toegepast. Drempeldetectie van een doel in een bepaald multiplex-tijdvak levert informatie over de afstand zowel als de hoek -namelijk welke van de acht omzetter-doelsignalen ontvangt - aan de micropro-20 cessor 108. Afstandgegevens worden onderzocht en geverifieerd als aanvankelijk stuurcommando en daarna wordt een begin gemaakt met de overgang naar het volgbedrijf. Het opsporingsstelsel is ingericht voor het verzekeren van detectie met informatie over afstand en hoek bij een doel-echosterkte van -5 dB op 450 m in 2,75 s (waarbij de ruisgrens minder dan 53 dB is).

25 Volgbedrijf

Terwijl het wapen zich wendt naar het doel zoals dat is vastgesteld door het opsporingsstelsel 80 uit fig. 8, schakelt het geleidingsstelsel over naar het volgbedrijf 120. Voordat de wending is voltooid, begint het volgstelsel 120 (dat ook deel uitmaakt van fig. 8) met het uitzenden van 30impulsen voor een elevatie-zoekbewerking met een volgbundel van ± 22,5°.

Dit is het bundelpatroon 20 voor actieve geleiding dat midden in fig. 2 is afgebeeld voor het wapen 10 dat is afgebeeld in een stand gericht naar de onderzeeboot 12. Door met het volgen een begin te maken halverwege de wending verkrijgt men een elevatie-zoekbewerking tussen -60° en +30°. Als 35het volgstelsel het doel eenmaal heeft opgespoord wordt de wending beëindigd en volgt een impuls van de voortstuwingsmotor.

De volgsonar 120 gebruikt het volle topvermogen van 500 W van de zender 110 voor een verbeterde nauwkeurigheid van de geleiding. Dit wordt via de selector 104 toegevoerd aan de volgens een mozaïek opgestelde omzetters 40 40. De omzetters 40 kunnen bij 500 W en 100 kHz met een bundelbreedte van 8700583 _____ Λ -13- 45° werken zonder cavitatie. De opstelling is volgens het concept van een invers in fase gestuurd stelsel teneinde een groter oppervlak te verkrijgen voor het bereiken van een brede bundel. De fasesturing van de afzonderlijke 5 omzetters 40 van het stelsel wordt geheel bepaald door hun fysieke plaats en derhalve heeft het stelsel een voldoende bandbreedte en een geringe kostprijs.

De ontvanger voor de volgimpulsen omvatten vier hydrofonen 120 uit fig. 8. De uitgangssignalen, van deze hydrofonen worden in de reken-eenheid 10 122 gecombineerd tot twee hoekfoutsignalen (kaarthoek en elevatie) en een somsignaal. Deze worden verkregen door het signaal van de linker hydrofoon af te trekken vein het signaal van de rechter hydrofoon teneinde het kaart-hoekfoutsignaal te verkrijgen en het signaal van de onderste hydrofoon af te trekken van het signaal van de bovenste hydrofoon teneinde de elevatie-15 fout te verkrijgen. Het somsignaal is gelijk aan de som van alle vier hydro-foonsignalen.

De duur van de zendimpuls 120 bedraagt 10 ms. De volgprocessor, die de monopuls-ontvanger 124 en de processors 20, 26, 128 en 130 omvat, heeft een bandbreedte van 130 Hz voor het volgen van Doppler-informatie door 20 bet bepalen van zowel de echo's aan het water-oppervlak en de zeebodem als de doelsnelheden tot binnen 1 m/s. De doppler-processor is ondergebracht in het somkanaal 126. Na de detectie doet de microprocessor 108 de fout-processor 130 een deling van de verschilkanalen door het somkanaal uitvoeren en de verkregen genormaliseerde hoekfoutsignalen worden gebruikt 25 voor de stuurcommando's.

De uitvoerbaarheid van de hydropuls-voortstuwing van het wapen volgens de uitvinding is aangetoond door beproeving van een miniatuur-model en computer-simulatie. Een proefmodel-kamer met een diameter, van ongeveer 76 mm en een lengte van ongeveer 127 mm met een straalpijp met een diameter 30 van ongeveer 3 mm leverde een stuwdruk van 3,86 kg bij een inwendige druk van 2588 kPa.

Door de opzet en praktische eenvoud van de afzonderlijke substelsels van het wapen en hun integratie in het totale wapen wordt een hoge betrouwbaarheid bij zeer lage kostprijs verkregen. Er bestaat geen noodzaak het 35 wapen in de praktijk te beproeven, wat potentieel slijtage of beschadiging zou kunnen veroorzaken. Een hoge vaardigheid van de gebruikers kan worden gehandhaafd, daar het wapen goedkoop genoeg is om zijn gebruik als oplei-dingsmiddel mogelijk te maken. Een oorloglading van 67,5 kg springstof is voldoende om de romp van een onderzeeboot te doen scheuren als de spring-40 stof in contact met de scheepshuid tot detonatie wordt gebracht. Daardoor 8700583 -14- kan het totale gewicht van het wapen zo klein mogelijk worden gehouden, met de daaraan gepaard gaande toeneming van de capaciteit van hefschroef-vliegtuigen of andere luchtvaartuigen voor onderzeeboot-bestrijding, uitge-5 drukt in het aantal meegevoerde wapens.

Hoewel de bovenstaande beschrijving betrekking heeft op een anti-onder-zeebootwapen volgens de uitvinding, is de uitvinding daartoe niet beperkt.

10 15 20 25 30 35 40 8700583

__A

Claims (3)

1. Wapen (10) voor het vernietigen van een onderwaterdoel bevattende: 5. een huis (48); - een in het huis gemonteerde oorlogslading (32) nabij het voorste einde ervan; - een richtings-stuurstelsel (36) voor het sturen van het wapen onder water als reactie op stuur-regelsignalen geproduceerd door doelzoekmiddelen; 10 en - een hydropuls-voortstuwingsmechanisme (34) voor het opwekken van een serie op elkaar volgende hydropulsen, omvattende: een kamer (46) binnen het huis (48) nabij het achtereinde ervan, een waterstraalpijp (60), die uit de kamer naar achteren uitsteekt; een orgaan (62,64) voor het 15 periodiek toelaten van zeewater in de kamer; en een orgaan (70) voor het uitdrijven, van zeewater door de straalpijp (60) met behoorlijke kracht teneinde de stuwdruk te ontwikkelen voor het voortstuwen van het wapen, met het kenmerk, dat het doelzoekorgaan duale sonarsystemen (80,40) omvat, waarbij elk systeem 20 ingericht is om sonarpulsen uit te zenden en de stuurregelsignalen op te wekken naar regelstuurmiddelen om het wapen (10) te richten naar het doel afhankelijk van de akoestische signalen weerkaatst door hun doel, terwijl tenminste één van de systemen een signaalbewerker (108) omvat om de emissie van sonarpulsen daaruit te veroorzaken enkel in de tijdsintervallen tussen 25 op elkaar volgende hydropulsen, wanneer de onderwatersnelheid beneden een snelheid is, waarbij eigen-geruis de ontvangst van akoestische signalen, die een maat zijn voor doelreflecties, uitblokkeert; één van de duale sonar-systemen een opspoorsysteem bevat met een groot aantal zijdelings gemonteerde omzetters (80), ruimtelijk verdeeld over 30 de zijden van het wapen voor het zenden en ontvangen van akoestische signalen binnen een zijdelings veld, dat het wapen omgeeft; waarbij het andere (40) van de sonarsystemen een achtervolgsysteem bevat met middelen (40,120) voor het zenden en ontvangen van sonarpulsen, gemonteerd nabij de neus van het wapen; terwijl het achtervolgsysteem een pulsgenerator (110) omvat, 35 waarvan de toepassing op de omzetters van het opspoorsysteem wordt gestuurd en 'getimed* door de signaalbewerker (108); en voorts zend- en ontvangst-middelen omvat, bevattende resp. een akoestische signaalgenerator (40) en -ontvanger (120) gemonteerd in de neus van het wapen voor het uitzenden vam sonarpulsen onder water en het ontvangen vein gereflecteerde echo's. 40

2. Wapen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de akoestische signaal- 8700583 Λ -16- generator een mozaiek-opstelling van omzetters (40) bevat, die zo georiënteerd is, dat een ongeveer kegelvormig bundelpatroon voorwaarts wordt uitgestraald uit de neus van het wapen (10). 5

3. Wapen volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het opspoorsysteem een omzetter-selector (102) omvat, gestuurd door de signaalbewerker (108) voor het toevoeren van een zenderpuls naar de omzetters (80) in successie, zodat zij sonarpulsen uitzenden; waarbij het opspoorsysteem middelen omvat om te reageren op ontvangen signalen afkomstig uit een gegeven omzetter 10 (80) en het verschaffen van een commando-signaal aan het stuur-regelorgaan om het wapen te richten in de richting van het gedetecteerde doel; terwijl het orgaan om te reageren op ontvangen signalen, bevat: een circuit (150, 152) voor het discrimineren tussen doelsignalen en echosignalen door het opheffen van ongewenste echo-reflectiesignalen. 15 4. ' Wapen volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het circuit een paar vertragingstrappen in tandem omvat, waarbij elke vertragingstrap is voorzien van een orgaan voor het combineren van een signaal ontvangen door die trap met een uitgangssignaal van die trap met tegengestelde polariteit. 20 25 30 35 40 8700583