WO2018130360A1 - Verfahren zur bestimmung von hydrodynamischen koeffizienten bei unterseebooten - Google Patents

Verfahren zur bestimmung von hydrodynamischen koeffizienten bei unterseebooten Download PDF

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WO2018130360A1
WO2018130360A1 PCT/EP2017/082510 EP2017082510W WO2018130360A1 WO 2018130360 A1 WO2018130360 A1 WO 2018130360A1 EP 2017082510 W EP2017082510 W EP 2017082510W WO 2018130360 A1 WO2018130360 A1 WO 2018130360A1
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PCT/EP2017/082510
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Hans Jürgen Bohlmann
Original Assignee
Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • B63B79/30—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for diagnosing, testing or predicting the integrity or performance of vessels

Definitions

  • the invention relates to a method for determining hydrodynamic coefficients in submarines.
  • the z-direction is the direction perpendicular to the longitudinal axis of the submarine, with positive values pointing downwards.
  • the y-direction is the direction transverse to the longitudinal axis of the submarine, with positive values pointing to starboard.
  • hydrodynamic coefficients can be theoretically calculated or experimentally determined in a model experiment. However, this is extremely complex and can not be performed precisely for the current loading situation of the submarine, so that you have to work with approximate values. The exact knowledge of these parameters allows a precise prediction of the boat behavior. Thus, maneuvers can be controlled very precisely if these parameters are known exactly. The calculated or model hydrodynamic coefficients are therefore generally too inaccurate for accurate boat behavior prediction. Therefore, the hydrodynamic coefficients are usually verified or corrected by evaluating large-scale execution experiments, but the large-scale implementation tests used today represent only elaborate approximation methods.
  • the object of the invention is to provide a method with which these hydrodynamic coefficients on a real submarine can be detected or determined simply and precisely by measurement.
  • the method according to the invention for determining hydrodynamic coefficients in submarines with an anterior depth rudder and a rear rudder comprises the following steps:
  • steps a) to I) are carried out in any order.
  • the step m) is carried out after the steps a) to I).
  • a tamping angle ⁇ of the submarine of, for example, is particularly preferred
  • the ramming angle is the angle between the longitudinal axis of the submarine and the projection of the longitudinal axis of the submarine into the plane and thus reflects the inclination in the z-direction.
  • Under an oblique keel is a particular pitch angle ⁇ of the submarine of
  • Acceleration-free travel is understood to mean an operating mode in which the boat moves at a constant speed, wherein constant is to be regarded as constant within the scope of the detection accuracy and control accuracy. Because the ride is done at a constant depth, the vertical forces, so the gravitational or the lift acceleration compensate each other so that there is no up or down.
  • the measured values are evaluated separately for journeys at even keel and at oblique keel separately.
  • the measured values for the trips are evaluated with a flat keel.
  • regression lines give as limits for the rear depth rudder angle and front depth rudder angle for the so-called buoyancy-free and torque-free ride. Only the limit values are evaluated here.
  • the straight line is not relevant, the decision is that for zero and thus for ⁇ ⁇ £ against infinitely extrapolated limit.
  • the x-coordinates of trim and control cells and rudder position are known from boat geometry. By subtracting the values determined from the steps a) to d) at different trim and weight states, the rudder angle is measured according to FIG.
  • trim and weight states of the submarine characterized by the index k and arise as averages of the values.
  • the determination takes place from the measured data by means of multilinear regression using the variables already known from a).
  • first speeds in particular a total of five to eight first speeds, particularly preferably six first speeds.
  • an angle of + 15 ° to + 25 °, in particular of + 18 ° to + 22 ° is selected as the first front rudder angle and that as the second front rudder angle an angle of - 15 ° to - 25 °, chosen in particular from -18 ° to -22 °.
  • the rotational speed n of the screw and the trim angle ⁇ are additionally detected during the acceleration-free travel.
  • the roll angle ⁇ and volume change of the ballast tank A Ver are additionally detected during the acceleration-free journeys.
  • the weight distribution in the submarine is kept constant until the targeted changes during the process. In particular, care is taken to ensure that the crew does not change their position, as this leads to undetectable mass shifts and thus reduces the measurement accuracy of the method.
  • the first first trim layer and the second first trim layer are selected differently by 500 kNm ⁇ 50 kNm.
  • a first second trim layer and a second second trim layer are selected in steps e) and I), wherein the first second trim layer and the second second trim layer are selected differently by 1000 kNm ⁇ 100 kNm.
  • Fig. 1 the angles and sizes are shown using the example of a submarine with a rudder.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten bei Unterseebooten durch beschleunigungsfreie Fahrten.

Description

Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten bei Unterseebooten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten bei Unterseebooten.
Bei stationärer Fahrt eines Unterseeboots ist insbesondere die auf das Boot wirkende Normalkraft gleich null. Diese wird durch die folgende Gleichung beschrieben :
Figure imgf000002_0001
Ebenso gilt für die bei stationärer Fahrt am Boot, dass die angreifenden Trimmmomente gleich null sind. Dieses beschreibt die folgende Gleichung:
Figure imgf000002_0002
Die z-Richtung ist die Richtung senkrecht zur Längsachse des Unterseebootes, wobei positive Werte nach unten zeigen.
Die y-Richtung ist die Richtung quer zur Längsachse des Unterseebootes, wobei positive Werte nach steuerbord zeigen. Hierbei ist:
Figure imgf000002_0003
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000005_0001
Diese hydrodynamischen Koeffizienten können theoretisch berechnet oder im Modellversuch experimentell bestimmt werden. Dieses ist jedoch extrem aufwändig und kann auch nicht präzise für die aktuelle Beladungssituation des Unterseeboots durchgeführt werden, sodass mit Näherungswerten gearbeitet werden muss. Die exakte Kenntnis dieser Parameter erlaubt eine präzise Vorhersage des Bootsverhaltens. Somit können Manöver sehr präzise gesteuert werden, wenn diese Parameter exakt bekannt sind. Die berechneten oder im Modellversuch bestimmten hydrodynamischen Koeffizienten sind für eine präzise Vorhersage des Bootsverhaltens daher im Allgemeinen zu ungenau. Deshalb werden die hydrodynamischen Koeffizienten üblicher Weise durch Auswertung von Großausführungsversuchen verifiziert bzw. korrigiert, wobei die heute verwendeten Großausführungsversuchen jedoch nur aufwändige Näherungsverfahren darstellen .
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem diese hydrodynamischen Koeffizienten an einem realen Unterseeboot einfach und präzise messtechnisch erfasst oder bestimmt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten bei Unterseebooten mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten bei Unterseebooten mit einem vorderen Tiefenruder und einem hinteren Tiefenruder weist die folgenden Schritte auf:
a) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
b) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage,
c) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten ersten Geschwindigkeit und der ersten ersten Trimmlage,
d) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten ersten Geschwindigkeit und der zweiten ersten Trimmlage,
e) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
f) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung, g) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,
h) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten
Trimmtankfüllung,
i) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
j) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
k) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
I) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
m) Ermitteln von hydrodynamischen Koeffizienten aus den in den vorhergehenden Schritten ermittelten Messgrößen,
wobei die Schritte a) bis I) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden . Der Schritt m) wird nach den Schritten a) bis I) durchgeführt.
Unter einem ebenen Kiel ist insbesondere ein Stampfwinkel Θ des Unterseeboots von bevorzugt von besonders bevorzugt
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0002
von - 0,05° < θ < + 0,05° zu verstehen. Der Stampfwinkel ist der Winkel zwischen der Längsachse des Unterseeboots und der Projektion der Längsachse des Unterseeboots in die Ebene und gibt somit die Neigung in z-Richtung wieder. Unter einem schrägem Kiel ist ein insbesondere Stampfwinkel Θ des Unterseeboots von
Figure imgf000007_0005
0,5°, bevorzugt von besonders bevorzugt von zu verstehen.
Figure imgf000007_0003
Figure imgf000007_0004
Unter beschleunigungsfreier Fahrt wird ein Betriebsmodus verstanden, bei dem sich das Boot mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wobei konstant als konstant im Rahmen der Erfassungsgenauigkeit und Regelgenauigkeit anzusehen ist. Da die Fahrt bei konstanter Tiefe erfolgt, kompensieren sich die vertikal verlaufende Kräfte, also die Gravitations- oder die Auftriebsbeschleunigung , sodass es zu keinem Auf- oder Abtrieb kommt.
Bei einer beschleunigungsfreien Fahrt gleichen sich die Kräfte aus. Somit wirkt keine resultierende Kraft auf das Unterseeboot. Es gilt somit, dass die Summe aller wirkenden Kräfte null ist. Des Weiteren gilt, dass auch die Summe aller Kraftveränderungen zwischen zwei beschleunigungsfreien Fahrten gleich null sein muss. Die absolute Geschwindigkeit in horizontaler Richtung ist bei Fahrt definitionsgemäß größer null. Aus technischen Gründen sind sehr geringe Geschwindigkeiten, insbesondere kleiner 2 kn, ganz besonders kleiner 1 kn, nicht vorteilhaft.
Um die Messwerte sinnvoll zu indizieren, werden die verschiedenen ersten Geschwindigkeiten und zweiten Geschwindigkeiten mit dem Index / bezeichnet. So ist / = 1 für die erste erste Geschwindigkeit und die erste zweite Geschwindigkeit und
Figure imgf000008_0001
für die zweite erste Geschwindigkeit und die zweite zweite Geschwindigkeit.
Als weiter Index wird /( verwendet, um die Trimm- und Gewichtszustände zu unterscheiden. So ist für die erste erste Trimmlage und die erste vordere Tiefenruderlage und k = 2 für die zweite erste Trimmlage und die zweite vordere Tiefenruderlage.
Die Messwerte werden getrennt für Fahrten bei ebenem Kiel und bei schrägem Kiel getrennt ausgewertet.
Beispielsweise zunächst werden die Messwerte für die Fahrten bei ebenem Kiel ausgewertet.
Zunächst werden die in den Schritten a) bis d) erhaltenen Messwerte als Funktion von durch
Figure imgf000008_0003
Berechnung von Ausgleichsgeraden ausgewertet. Die Ausgleichsgeraden ergeben als Grenzwerte für die hinteren Tiefenruderwinke und vorderen Tiefenruderwinke für
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0004
die sogenannte auftrieb- und momentfreie Fahrt. Es werden hierbei nur die Grenzwerte ausgewertet.
Figure imgf000009_0001
Hierbei ist:
Figure imgf000009_0002
Wie bereits ausgeführt, werden die Ruderwinkel über aufgetragen. Die Steigung dieser uki
Geraden ist nicht relevant, entscheidet ist der für null und somit für ι^£ gegen unendlich extrapolierte Grenzwert. Die x-Koordinaten von Trimm- und Regelzellen und Ruderposition sind aus der Bootsgeometrie bekannt. Durch Subtraktion der aus den Schritten a) bis d) ermittelten Werten bei verschiedenen Trimm- und Gewichtszuständen gemessenen Ruderwinkel gemäß
Figure imgf000010_0001
und
Figure imgf000010_0002
ermittelt. Die Koeffizienten ergeben sich daraus als Mittelwerte.
Figure imgf000010_0004
Daraus ergeben sich dann die Koeffizienten zur Beschreibung des Stampfmoments:
Figure imgf000010_0003
Figure imgf000011_0001
Die Füllvolumen der Regelzelle und und die Trimmzellenfüllungen und
Figure imgf000011_0013
Figure imgf000011_0014
Figure imgf000011_0015
Figure imgf000011_0016
für Trimm- und Gewichtszustände des Unterseebootes, gekennzeichnet durch den Index k
Figure imgf000011_0012
und ergeben sich als Mittelwerte der Werte.
Figure imgf000011_0011
Insbesondere werden durch Auswertung der Versuchsreihe a) die Koeffizienten
Figure imgf000011_0010
und die Füllvolumen der Regelzelle die Trimmzellenfüllungen
Figure imgf000011_0017
Figure imgf000011_0009
und und die Ruderwinkel und für auftrieb- und momentfreie Fahrt bestimmt.
Figure imgf000011_0006
Figure imgf000011_0007
Figure imgf000011_0008
Anschließend werden die in den Schritten e) bis I) ermittelten Messwerte für die Fahrten mit achter- oder vorlastig statisch vertrimmten Boot ausgewertet.
Hierbei gilt:
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0003
Figure imgf000011_0004
Hierbei ist: der Stabilitätshebelarm
Figure imgf000011_0005
ein dimensionsloser Wert,
Figure imgf000012_0004
die z-Komponente des Gewichtsschwerpunkts des Bootes einschließlich gefluteter
Freiräume für den Zustand der auftriebs- und momentfreien Fahrt, die z-Koordinate des Auftriebsschwerpunkts der Formverdrängung im bootsfesten
Figure imgf000012_0005
Koordinatensystem.
Die Ermittlung erfolgt aus den gemessenen Daten mittels multilinearer Regression unter Verwendung der bereits aus a) bekannten Größen.
Insbesondere werden hierbei die Koeffizienten und und der
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
Stabilitätshebelarm bestimmt.
Figure imgf000012_0003
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zusätzlich zu den Schritten a) bis d) die folgenden Schritte ausgeführt:
n) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
o) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage.
Besonders bevorzugt werden weitere erste Geschwindigkeiten, insbesondere insgesamt fünf bis acht erste Geschwindigkeiten, besonders bevorzugt sechs erste Geschwindigkeiten, verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zusätzlich zu den Schritten e) bis h) die folgenden Schritte ausgeführt:
p) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten
Trimmtankfüllung,
q) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
r) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung, s) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung. Besonders bevorzugt werden weitere zweite Geschwindigkeiten, insbesondere insgesamt vier bis acht zweite Geschwindigkeiten, besonders bevorzugt fünf zweite Geschwindigkeiten, verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Geschwindigkeiten ausgewählt aus dem Bereich von 4 kn bis 25 kn, bevorzugt aus dem Bereich von 5 kn bis 20 kn, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 6 kn bis 15 kn.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Geschwindigkeiten ausgewählt aus dem Bereich von 4 kn bis 25 kn, bevorzugt aus dem Bereich von 5 kn bis 20 kn, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 6 kn bis 14 kn.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als ersten vorderen Tiefenruderlage ein Winkel von + 15° bis + 25°, insbesondere von + 18° bis + 22° gewählt wird und dass als zweite vorderen Tiefenruderlage ein Winkel von - 15° bis - 25°, insbesondere von - 18° bis - 22° gewählt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser über dem Unterseeboot und wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
Dieses Verfahren bestimmt die hydrodynamischen Koeffizienten im unbeeinflussten Tiefwasserbereich. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass weniger als 25 m, bevorzugt weniger als 15 m, Wasser über dem Unterseeboot und wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser unter dem Unterseeboot sind. Dieses Verfahren bestimmt die hydrodynamischen Koeffizienten im oberflächennahen Bereich und ist zum Beispiel für Schnorchelfahrt wichtig. Dieses Verfahren wird bevorzugt zusätzlich zum Bestimmung im unbeeinflussten Tiefwasserbereich verwendet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser über dem Unterseeboot und weniger als 25 m, bevorzugt weniger als 15 m, Wasser unter dem Unterseeboot sind. Dieses Verfahren bestimmt die hydrodynamischen Koeffizienten im grundnahen Bereich und ist zum Beispiel für getauchte Fahrten im Flachwasser wichtig. Dieses Verfahren wird bevorzugt zusätzlich zum Bestimmung im unbeeinflussten Tiefwasserbereich verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden während der beschleunigungsfreien Fahrten jeweils die Geschwindigkeit u des Unterseeboots, der vordere Tiefenruderwinkel der
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hintere Tiefenruderwinkel
Figure imgf000014_0006
die Volumenänderung der Trimmtanks und die
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Volumenänderung der Regelzelle ΔVCT erfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden während der beschleunigungsfreien Fahrten zusätzlich die Umdrehungsgeschwindigkeit n der Schraube und der Trimmwinkel Θ erfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden während der beschleunigungsfreien Fahrten jeweils zusätzlich der Rollwinkel φ und Volumenänderung des Ballasttanks A Ver erfasst.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird während des Verfahrens die Gewichtsverteilung im Unterseeboot bis auf die gezielten Änderungen konstant gehalten. Insbesondere wird darauf geachtet, dass die Besatzung ihre Position nicht verändert, da dieses zu nicht erfassbaren Masseverschiebungen führt und somit die Messgenauigkeit des Verfahrens verringert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden im Schritt m) die Koeffizienten
Figure imgf000014_0003
die Füllvolumen der Regelzelle und die
Figure imgf000014_0001
Trimmzellenfüllungen
Figure imgf000015_0003
und und die Ruderwinkel und für auftrieb- und
Figure imgf000015_0004
Figure imgf000015_0005
Figure imgf000015_0006
momentfreie Fahrt bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die erste erste Trimmlage und die zweite erste Trimmlage um 500 kNm ± 50 kNm unterschiedlich gewählt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in den Schritten e) und I) eine erste zweite Trimmlage und eine zweite zweite Trimmlage gewählt, wobei die erste zweite Trimmlage und die zweite zweite Trimmlage um 1000 kNm ± 100 kNm unterschiedlich gewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt m) die Koeffizienten
Figure imgf000015_0007
und und der Stabilitätshebelarm zGB bestimmt.
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0002
Bei beschleunigungsfreien Fahrten des Unterseebootes werden durch Änderung von Tankfüllungen aufgebrachte statische Kräfte durch Strömungskräfte an Ruder und Rumpf kompensiert. Da die Strömungskräfte in getauchter Fahrt mit dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit anwachsen, während die statischen Kräfte konstant bleiben, ergibt sich die Möglichkeit, die Ström ungskräfte bzw. hydrodynamischen Koeffizienten aus der Kompensation von bekannten statisch eingeleiteten Gewichtskräften mit bisher nicht erreichter Genauigkeit zu bestimmen. Alle Messfahrten werden bei verschiedenen konstanten Geschwindigkeiten und verschiedenen vorgegebenen Trimmwinkeln des Bootes durch entsprechendes Legen von vorderem und hinterem Tiefenruder auf konstanter Tiefe durchgeführt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, hydrodynamische Koeffizienten in Abhängigkeit von der Tauchtiefe des Bootes bzw. vom Abstand des Bootes zur Wasseroberfläche zu bestimmen.
Fig. 1 Darstellung der Vektoren und Winkel am Unterseeboot
In Fig. 1 sind die Winkel und Größen am Beispiel eines Unterseeboots mit Kreuzruder gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung von hydrodynamischen Koeffizienten bei Unterseebooten mit einem vorderen Tiefenruder und einem hinteren Tiefenruder, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
b) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage,
c) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten ersten Geschwindigkeit und der ersten ersten Trimmlage,
d) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten ersten Geschwindigkeit und der zweiten ersten Trimmlage,
e) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer ersten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
f) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
g) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,
h) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der ersten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
i) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
j) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der
zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der ersten Trimmtankfüllung,
k) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der
zweiten zweiten Geschwindigkeit und der ersten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung, I) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei der zweiten zweiten Geschwindigkeit und der zweiten vorderen Tiefenruderlage und der zweiten Trimmtankfüllung,
m) Ermitteln von hydrodynamischen Koeffizienten aus den in den vorhergehenden
Schritten ermittelten Messgrößen,
wobei die Schritte a) bis I) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, wobei der
Schritt m) nach den Schritten a) bis I) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Schritten a) bis d) die folgenden Schritte ausgeführt werden:
n) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten ersten Geschwindigkeit und einer ersten ersten Trimmlage,
o) beschleunigungsfreie Fahrt mit ebenem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer dritten ersten Geschwindigkeit und einer zweiten ersten Trimmlage.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Schritten e) bis I) die folgenden Schritte ausgeführt werden:
p) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer
dritten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
q) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer
dritten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und einer ersten Trimmtankfüllung,
r) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer
dritten zweiten Geschwindigkeit und einer ersten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung,
s) beschleunigungsfreie Fahrt mit schrägem Kiel bei konstanter Tiefe und bei einer
dritten zweiten Geschwindigkeit und einer zweiten vorderen Tiefenruderlage und einer zweiten Trimmtankfüllung.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Geschwindigkeiten ausgewählt sind aus dem Bereich von 4 kn bis 25 kn, bevorzugt aus dem Bereich von 5 kn bis 20 kn, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 6 kn bis 15 kn.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Geschwindigkeiten ausgewählt sind aus dem Bereich von 4 kn bis 25 kn, bevorzugt aus dem Bereich von 5 kn bis 20 kn, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 6 kn bis 14 kn.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ersten vorderen Tiefenruderlage ein Winkel von + 15° bis + 25°, insbesondere von + 18° bis + 22° gewählt wird und dass als zweite vorderen Tiefenruderlage ein Winkel von - 15° bis - 25°, insbesondere von - 18° bis - 22° gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser über dem Unterseeboot und wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass weniger als 25 m, bevorzugt weniger als 15 m, Wasser über dem Unterseeboot und wenigstens
25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Tauchtiefe so gewählt wird, dass wenigstens 25 m, bevorzugt wenigstens 50 m, besonders bevorzugt wenigstes die Länge des Unterseeboots, Wasser über dem Unterseeboot und weniger als 25 m, bevorzugt weniger als 15 m, Wasser unter dem Unterseeboot sind.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der beschleunigungsfreien Fahrten jeweils die Geschwindigkeit u des Unterseeboots, der Trimmwinkel
Figure imgf000018_0001
die vordere Tiefenruderlage
Figure imgf000018_0002
der hintere Tiefenruderwinkel die Volumenänderung der Trimmtanks und die
Figure imgf000018_0004
Figure imgf000018_0003
Volumenänderung der Regelzelle AVCT als Messgrößen erfasst werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Umdrehungsgeschwindigkeit n der Schraube und der Rollwinkel ^ als Messgrößen erfasst werden.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens die Gewichtsverteilung im Unterseeboot bis auf die gezielten Änderungen konstant gehalten wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt m) die Koeffizienten und die Füllvolumen der
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0002
Regelzelle
Figure imgf000019_0006
und die Trimmzellenfüllungen V d und die Ruderwinkel
Figure imgf000019_0007
Figure imgf000019_0003
für auftrieb- und momentfreie Fahrt bestimmt werden.
Figure imgf000019_0005
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste erste Trimmlage und die zweite erste Trimmlage um 500 kNm ± 50 kNm unterschiedlich gewählt werden.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten e) bis I) eine erste zweite Trimmlage und eine zweite zweite Trimmlage gewählt wird, wobei die erste zweite Trimmlage und die zweite zweite Trimmlage um 1000 kNm ± 100 kNm unterschiedlich gewählt werden.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt m) die Koeffizienten und der
Figure imgf000019_0004
Stabilitätshebelarm zrR bestimmt werden.
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