WO2024056634A1 - Integriertes missionsplanungstool - Google Patents

Integriertes missionsplanungstool Download PDF

Info

Publication number
WO2024056634A1
WO2024056634A1 PCT/EP2023/074969 EP2023074969W WO2024056634A1 WO 2024056634 A1 WO2024056634 A1 WO 2024056634A1 EP 2023074969 W EP2023074969 W EP 2023074969W WO 2024056634 A1 WO2024056634 A1 WO 2024056634A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
storage device
energy storage
energy
mission
submarine
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/074969
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Heinz
Original Assignee
Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Thyssenkrupp Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh
Publication of WO2024056634A1 publication Critical patent/WO2024056634A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G01C21/203—Specially adapted for sailing ships
    • 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
    • B63B79/40—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation for controlling the operation of vessels, e.g. monitoring their speed, routing or maintenance schedules

Definitions

  • the invention relates to an integrated mission planning tool which enables the planning of a mission, in particular consisting of route sections with assigned tasks, for a submarine, taking into account energy reserves and marginal parameters.
  • Simple route planning is common today and is common in many cars and on most mobile phones for road use. Such systems are also considered common in commercial shipping. When planning a route, it is also common to choose, for example, between a fastest or an economical (fuel-saving) route.
  • submarines Compared to land vehicles or surface ships, the situation with submarines is much more complex.
  • One of the core capabilities of submarines is their ability to operate undetected. This means that the boat travels submerged with the lowest possible signature (for example with little noise) in order to avoid being detected by other vehicles.
  • the signature emitted by the submarine depends on the sailing or operating status. This means that both the driving status, for example speed and diving depth, as well as the operating status, for example charging the battery with diesel generators, driving with air-independent propulsion and switched on systems, have an influence on the signature of the boat.
  • a submarine is easier to detect when it is sailing close to the surface of the water and charging its battery using diesel generators than when it is operating deep, submerged and traveling slowly with propulsion independent of external air.
  • submarines usually have two different types of propulsion.
  • energy can be generated with a diesel generator when traveling over water or while snorkeling.
  • the energy storage available is the diesel tank.
  • a submarine has an energy storage device, usually an accumulator, for traveling underwater. When traveling underwater, the limiting amount of energy is the charge level of the energy storage.
  • submarines can also have an energy source that is independent of outside air, for example a fuel cell. Their energy reserve results from the fuel supply, for example hydrogen or methanol or diesel when using an appropriate reformer.
  • the maximum power output of a fuel cell is usually lower than that of the battery.
  • the energy supply in this case can consist of a fuel cell and energy storage, and if energy consumption is high, it may consist almost exclusively of the energy storage.
  • the diesel generator can also be used to charge the energy storage unit.
  • Another factor is that different consumers are used at different times, or are switched off or required at certain times or mission requirements.
  • a route planning method is known from US 2005/0216181 A1.
  • a method for route determination is known from DE 10 2009 014 978 A1.
  • the object of the invention is to create a method for mission planning of, in particular military, submarines, taking into account submarine-specific and in particular military framework conditions.
  • the method according to the invention is used for mission planning of a submarine, particularly a military one. It is important here that mission planning is not a simple route planning analogous to a car navigation device, but rather differs massively from all other vehicles due to the different driving styles (surfaced, submerged) and, in particular, additional military and submarine-specific boundary conditions.
  • the mission of a submarine usually merges with the route. If a certain sea area is to be monitored for movements for a certain period of time within the mission, this task means that, on the one hand, the various sensors must be operated for the monitoring period (i.e. must be taken into account as electrical consumers).
  • a submarine does not have a fuel tank with a fuel and therefore a range like a motor vehicle or a surface ship, but different energy sources are relevant, especially for travel above water and underwater.
  • the submarine has a first energy generation device that is dependent on outside air, a first energy storage device, a traction motor, further consumers and at least one ship control system.
  • Other consumers summarizes all other consumers except the traction motor.
  • the traction motor is particularly relevant as the largest single consumer and its consumption correlates directly with speed.
  • the further consumption usually does not have such a simple direct correlation between consumption and, for example, speed.
  • some of the other consumers can be switched off temporarily, while others are always required completely or to a certain extent.
  • the submarine has a first fuel storage container for the first power generation device.
  • the first fuel storage container can consist of several partial storage containers, for example a few diesel tanks distributed over the submarine.
  • the first energy generating device has a first maximum power.
  • the first energy storage device has a second maximum power and a maximum capacity. This is also due to the design. If the first energy storage device is made up of accumulators, the maximum power depends heavily on the design of the first energy storage device. The more accumulators are or can be connected in parallel, the higher the maximum current flowing is usually; the more accumulators are or can be connected in series, the higher the voltage is usually. At the same time, the cell voltage depends on the current drawn and also on the state of charge. Therefore, especially in accumulators, the second maximum power is a function of various parameters, in particular the state of charge and the current drawn. The maximum value of the second maximum power under optimal Conditions (usually fully charged) are again dependent on the design.
  • the first energy storage device further has a first maximum charging power. This is the power with which the energy storage device can be charged. This can also be a function of the state of charge in particular. For example, with lead-acid batteries, the charging power is usually very low when the charge level is already very high.
  • the ship control system has an electronic nautical chart. An electronic nautical chart for a submarine also includes depth information, i.e. it represents the three-dimensional space of the water.
  • the method includes the following steps: a) specifying waypoints, b) specifying default parameters for the waypoints selected from the group including course, speed, depth, time, time window, mission specifications, minimum state of charge of the first energy storage device, c) specifying default parameters between two consecutive waypoints, selected from the group comprising depth, speed, maximum speed, mission specifications, minimum charge level of the first energy storage device, d) detecting the fill level of the first fuel storage container, e) detecting the charge level of the first energy storage device, f) calculation of a route including course , speed, depth, usage status of the first energy generation device, usage status of the first energy storage device, taking into account the electronic nautical chart, the specifications from steps a) to c) and the recorded data from steps d) and e).
  • step a) waypoints are specified.
  • a location information for example medium longitude and latitude, is considered a waypoint.
  • A is the home port and, for example, the current location.
  • the actual mission is a surveillance trip from C to D, for example the ship movements in this area should be recorded undetected. These are boundary conditions that are passed on and taken into account during planning become.
  • waypoint B is also defined for the outward journey and waypoint E for the return journey.
  • the last waypoint F is the destination, for example the home port and would then be identical to A, for example.
  • the submarine can also be discovered between A and B, between B and C it should not be discovered, between D and E it should not be discovered and between E and F detection is again uncritical.
  • This generic example will be used to illustrate the further steps below.
  • step b) default parameters for the waypoints are specified, selected from the group including course, speed, depth, time, time window, mission specifications, minimum charge level of the first
  • the time to reach the waypoint C tc and the time to reach the waypoint D to would probably be specifications that result from the submarine's order.
  • the time to leave the waypoint A tA as well as your time window for reaching the destination F tpi to tF2 could also be specified.
  • step c default parameters are specified between two successive waypoints, selected from the group comprising depth, speed, maximum speed, mission specifications, minimum charge state of the first energy storage device.
  • a default parameter for depth can be 0, meaning that the submarine must travel surfaced. This can arise, for example, from international law. For example, a submarine passes through the comparatively narrow Waters of the ⁇ resund, the Great Belt or the Little Belt, a (non-Danish) submarine is not allowed to sail submerged here.
  • the depth between waypoints C and D could also be specified.
  • a depth ⁇ 0 i.e. submerged, could be specified between waypoints B and C and between waypoints D and E in order to minimize the probability of detection.
  • a minimum state of charge of the first energy storage device could be specified between waypoints C and D.
  • step d the fill level of the first fuel storage container, for example the diesel tank, is detected.
  • the first fuel storage container would be completely filled in the home port at point A. Capturing can be done either automatically or manually through data entry.
  • step e the state of charge of the first energy storage device is detected. Capturing can be done either automatically or manually through data entry.
  • step f) a route is then calculated. This calculation should be explained using the example mentioned. From waypoint A to waypoint B, depth 0 is selected and the usage status of the first energy storage device is set to charging. The usage status of the first power generation device is thus set to power generation, and the first power generation device then drives the traction motor and charges the first energy storage device.
  • the route is formed taking into account the electronic nautical chart.
  • the route between waypoint A and waypoint B may be the direct connection of the points or, if necessary, may involve the use of known maritime routes and may take into account compliance with known maritime rules for general shipping. Natural land barriers, such as islands or shoals, must also be taken into account. Particularly in the harbor area, it is important to pay attention to routes with sufficient draft.
  • the depth is set to ⁇ 0, for example - 100 m, so the ship dives.
  • the usage status of the first power generation device is thus set to Off.
  • the route is calculated and optimized for this section of the route, taking into account the electronic nautical chart. It can also represent the direct connection between these points, provided that the nautical chart allows this connection, i.e. in particular there is sufficient water depth and there are no obstacles (islands, shoals) in the way.
  • the route can be formed from other points of view. For example, favorable flow conditions or greater distances to obstacles can lead to a different route.
  • the depth can be selected depending on the expected stratification in the water, for example for the two paths from waypoint B to waypoint C and from waypoint D to waypoint E, for example below a thermal layer, since this makes locating surface ships more difficult
  • a depth above such a thermal layer is selected in order, for example, to be able to reliably detect overwater movements with one's own sonar system.
  • the tide can be taken into account, especially between waypoint C and waypoint D, due to the usually low speed and long dwell time in the mission target area.
  • the change between low and high tide can make a difference in the water depth of 10 m.
  • the usage status of the first power generation device is thus set to power generation, and the first power generation device then drives the traction motor and charges the first energy storage device.
  • This can then also be used to calculate the speed specifications for the routes AB and EF.
  • Further points for planning the route can be, for example, known, mostly stationary, sonar positioning devices, to which a speed-dependent minimum distance is planned.
  • the planning must be adjusted.
  • snorkeling trips can be provided on the BC and DE routes, which enable a low probability of detection with the possibility of using the first energy generating device, or shorter connections between the waypoints can be sought.
  • Relocating a waypoint can also be recommended, for example if an island or a shoal between waypoint C and waypoint D requires a very long journey in this area. As a result, not only can the first energy storage device be spared, but if necessary it can also be charged.
  • two further waypoints can be inserted, for example a waypoint C', which is on the planned connection between waypoint C and waypoint D and a waypoint C", at which (at a safe distance) for example a Snorkel operation for recharging is possible, so that the route could then be, for example, from waypoint C to C', to C", to C' to D.
  • the mission planning according to the invention differs from usual route planners for motor vehicles or surface ships, since the choice of depth and mission specifications has a direct influence on which energy sources are available and thus which energy can actually be accessed from which energy storage devices.
  • a full diesel tank is of no use to a submerged submarine if the battery is empty.
  • the energy supply from diesel can be converted into electrical energy in the first energy storage device.
  • the course can be modified very much in order, for example, to reach an area in which charging the first energy storage device is possible is.
  • the course is therefore not set to a connection between the waypoints if such a course cannot be displayed.
  • the planning for a submarine also takes into account, for example, times and/or locations at which it should be possible to charge the battery with diesel generators, or when they should not be used.
  • This mission planning therefore includes not only simple route planning, but also also takes into account additional, for example military and submarine-specific features.
  • step f) in particular, the depth is adjusted in order to use the first energy generation device to charge the first energy storage device. This has been done previously, for example by snorkeling between waypoints B and C and between waypoints D and E.
  • additional waypoints are added in step f).
  • two further waypoints can be inserted, for example a waypoint C ', which is on the planned connection between waypoint C and waypoint D and a waypoint C ", at which (at a safe distance), for example, snorkeling for recharging is possible so that the route could then be, for example, from waypoint C to C', to C", to C' to D.
  • These additional waypoints make it possible to intervene directly in the energy balance, for example in order to recharge the first energy storage device at an additional waypoint, in the example shown at waypoint C", and thus to provide energy again, in particular for a submerged journey.
  • the submarine has a second energy generating device that is independent of outside air, for example and in particular a fuel cell device.
  • a fuel cell device for example and in particular a fuel cell device.
  • Other well-known systems are the Walter drive or the Striling motor.
  • the second energy generating device has a third maximum power. Usually the third maximum power is significantly lower than the first maximum power and the second maximum power.
  • the second energy generating device therefore serves more to support and relieve the first energy storage device in order to extend the endurance underwater with low power requirements.
  • the second power generation device is connected to either the first fuel storage container or a second fuel storage container.
  • a Stirling engine for example, can run on diesel.
  • the second fuel storage container may contain, for example, hydrogen for a fuel cell device or methanol for a reformer in combination with a fuel cell device.
  • step d) the fill level of the two fuel storage containers is also recorded, if it is present.
  • step f) the calculation is carried out for trips deeper than snorkeling, taking into account the third maximum power. The easiest way to reduce power requirements is to reduce speed. If the power requirement of the entire submarine is kept as little as possible above or even below the third maximum power, endurance in the submerged state is extended. On the one hand, this significantly increases the complexity of the calculation in step f), but on the other hand, the range of uses for the submarine is also significantly increased.
  • step f) it is checked in step f) whether the mission is possible with the energy reserves recorded in steps d) and e) or whether the minimum state of charge of the first energy storage device specified in step b) and / or c) is undershot.
  • the method is carried out continuously during the mission.
  • a comparison is made between the planned and the real values. For example, the weather situation can lead to higher consumption, which in turn can lead to the mission no longer being possible with the current energy reserves recorded in steps d) and e) or the one specified in steps b) and/or c).
  • Minimum state of charge of the first energy storage device is undershot.
  • the current position in particular becomes the first waypoint, i.e. the starting point for planning. Waypoints that have already been reached will be removed accordingly for further planning and will not be taken into account any further.
  • the data from the ship's technical systems is preferably taken over automatically. This is particularly relevant for the Power requirement, i.e. the current and forecast real energy requirements of all consumers.
  • the state of charge of the first energy storage device is also recorded. This makes it possible to see, for example, whether the forecast for consumption in the past was correct and thus the forecast for the future can also be adjusted. Particularly if there are deviations between the forecast and the actual course, it may be necessary to adapt the route planning in step f).
  • the current position is preferably compared with the planned position. For example, due to currents, deviations can easily occur. On the one hand, these deviations lead to the need for replanning, and on the other hand, this can significantly change the forecast energy requirements. This can go so far that the mission itself can no longer be completed as planned. As stated, this can then lead, for example, to the route having to be replanned in such a way that, for example, the depth, for example for a snorkeling trip to charge the first energy storage device, has to be adjusted or other, possibly new waypoints have to be set in order to access areas in order to be able to carry out such a depth change, for example for charging.
  • the weather forecast can be considered accurate for a period of up to 4 hours, beyond that the forecast probability decreases continuously. For example, in heavy seas, a greater depth can be selected to avoid the effects of the weather. Furthermore, for example, the current cloudiness or the temperature of the air can be taken into account with regard to the probability of detection when snorkeling or when surfaced. For example and in particular, a favorable weather situation that makes detection difficult can be used to increase the state of charge of the first energy storage device.
  • an energy storage device is constructed from several strands, each made up of several modules. For example, if there is a defect in a module, the strand is disconnected from the network. On the one hand, this reduces the maximum performance of the remaining strands. The overall capacity also decreases. This must be taken into account during continuous execution and almost inevitably leads to a route change.
  • step b flat default parameters are specified in step b), i.e. in particular areas with different detection probabilities, since then, for example, the shortest path to a point in an area can be determined, in which the probability of detection allows, for example, a takeover by a helicopter.
  • the continuous execution enables a constant comparison between target and actual values as well as direct consideration of changed parameters.
  • the method also includes the targeted activation and deactivation of components.
  • the method therefore makes it possible to specifically change the operating states of the components, for example to activate or deactivate motors or sensors.
  • the deactivated state can be a state in which the component is switched off or has a minimal energy requirement, while the activated state is a state in which the component is functional.
  • the ship control system is designed to switch other consumers on and off.
  • step f) the switching on and off of additional consumers is taken into account. For example, in the above example for the route from waypoint C to waypoint D, the boat signature is minimized, i.e. unnecessary consumers are switched off.
  • the components are activated or deactivated in a targeted or planned manner.
  • activation conditions are stored in the ship control system for some or all components in which these components must be activated or can be deactivated. This storage can also take place, for example, in the form of switch-on lists in which the states of the components that can be activated or deactivated are stored for a large number of components depending on one or more conditions. These conditions can in particular be sensor values or default values.
  • the radio system when specifying a low speed and diving depth, the radio system can be switched off; in particular, all electrical consumers connected to the radio room can also be switched off.
  • the energy consumption can be determined depending on these activation conditions or switch-on lists and the forecast can be improved.
  • the power requirements of the other consumers are calculated in step f). These are calculated so that they fit optimally into the overall mission planning. It is particularly preferred to first calculate the consumption for the traction motor based on the route data, then the absolutely necessary consumers. In a further step, the optional consumers are then calculated. These are preferably switched on at times when their operation is possible from an energy or operational perspective.
  • the ship control system has a logging function.
  • the mission is recorded. This makes it possible to subsequently compare the mission planning with the real data, especially when it comes to consumer calculations and thus the influence of consumers on the range.
  • the ship control system has an output system.
  • the calculated route is transferred to the output system after step f) and displayed by the output system for viewing by the crew.
  • the electronic nautical chart and the calculated route are particularly preferably output to the output system and both are displayed on the output system at the same time. This makes it easy for the crew to visually record the calculated route.
  • the ship control system has an input system.
  • the specifications of steps a), b) and/or c) can be made via the input system.
  • the inputs from the input system are particularly preferably displayed on the output system.
  • the input system and the output system are connected in a combined input and output system.
  • the method is preferably carried out on a device for electronic data processing, which is particularly preferably an integral part of the ship control system.
  • the method can be integrated into an existing ship control system in the form of executable program instructions. It is particularly advantageous here that steps d) and e) can then be carried out fully automatically.
  • the planning data is continuously compared with the current data during the mission.
  • a deviation for example a change in route or location deviation, for example due to currents
  • the influence of the deviation compared to the original and the influence on the remaining mission is evaluated. If there is an influence, in extreme cases, for example, fulfillment of the given mission conditions is not possible, for example the battery must be charged in places that are excluded, alternatives or optimization options are identified. These options can be output on the output device and, in particular, made available for selection. It can also be provided that in this case a warning is issued so that the mission can be planned again, in particular with adapted specifications.
  • the flowchart of the method is shown in Fig. 1.
  • the method includes the following steps: a) specifying waypoints, b) specifying default parameters for the waypoints, selected from the group including course, speed, depth, time, time window, mission specifications, minimum charge level of the first energy storage device, c) specification of default parameters between two successive waypoints, selected from the group comprising depth, speed, maximum speed, mission specifications, minimum charge level of the first energy storage device, d) detecting the fill level of the first fuel storage container, e) detecting the charge status of the first energy storage device, f) Calculation of a route including course, speed, depth, usage status of the first energy generation device, usage status of the first energy storage device, taking into account the electronic nautical chart, the specifications from steps a) to c) and the recorded data from steps d) and e).
  • steps d), e) and f) can be repeated from step f). This allows a continuous check to be made as to whether the energy consumption predictions are correct and, if necessary, adjustments to be made in order to safely complete the mission. Of course, you can also jump back to step a) during the mission if, for example, the mission needs to be changed.
  • FIG. 2 An exemplary route is shown in FIG. 2, as has already been discussed.
  • step a) waypoints are specified.
  • a location information for example medium longitude and latitude, is considered a waypoint.
  • A is the home port and, for example, the current location.
  • the actual mission is a surveillance trip from C to D, for example using sonar to record ship movements in this area undetected. These are boundary conditions that are passed on and taken into account during planning.
  • waypoint B is also defined for the outward journey and waypoint E for the return journey.
  • the last waypoint F is the destination, for example the home port and would then be identical to A, for example.
  • the submarine can also be discovered between A and B, it should not be discovered between B and C, it should not be discovered between D and E and between E and F a discovery again uncritical.
  • This generic example will be used to illustrate the further steps below.
  • step b) default parameters for the waypoints are specified, selected from the group including course, speed, depth, time, time window, mission specifications, minimum charge level of the first
  • the time to reach the waypoint C tc and the time to reach the waypoint D to would probably be specifications that result from the submarine's order.
  • the time to leave the waypoint A tA as well as your time window for reaching the destination F tpi to tF2 could also be specified.
  • step c default parameters are specified between two successive waypoints, selected from the group comprising depth, speed, maximum speed, mission specifications, minimum charge state of the first energy storage device.
  • a default parameter for depth can be 0, meaning that the submarine must travel surfaced. This can arise, for example, from international law. For example, if a submarine passes through the comparatively narrow waters of the ⁇ resund, the Great Belt or the Little Belt, a (non-Danish) submarine is not allowed to travel submerged here.
  • the distance CD could also be specified for the depth between waypoints C and D, for example to ensure optimal sonar sensitivity.
  • a depth ⁇ 0, i.e. submerged must be specified in order to minimize the probability of detection.
  • a minimum state of charge of the first energy storage device could be specified between waypoints C and D, which is considered necessary for a possible escape maneuver.
  • step d the fill level of the first fuel storage container, for example the diesel tank, is detected.
  • the first fuel storage container would be completely filled in the home port at point A. Capturing can be done either automatically or manually through data entry.
  • step e the state of charge of the first energy storage device is detected. Capturing can be done either automatically or manually through data entry.
  • step f The calculation then takes place in step f). This calculation should be explained using the example mentioned. From waypoint A to waypoint B, depth 0 is selected and the usage status of the first energy storage device is set to charging. The usage status of the first power generation device is thus set to power generation, and the first power generation device then drives the traction motor and charges the first energy storage device. From waypoint B via C and D to waypoint E, the depth is set to ⁇ 0, for example - 100 m, so the ship dives. The usage status of the first energy storage device is thus set to discharging. The usage status of the first power generation device is thus set to Off. This means that the energy reserve from the diesel tank is not available for this route.
  • depth 0 is selected and the usage status of the first energy storage device is set to charging.
  • the usage status of the first power generation device is thus set to power generation, and the first power generation device then drives the traction motor and charges the first energy storage device.
  • the times tc and to result in the speed and thus the energy consumption for this so that when the maximum charge state of the first energy storage device is set at waypoint B, the energy reserve for the distances BC and DE are determined and thus the possible speed. This can then also be used to calculate the speed specifications for the routes AB and EF.
  • the planning must be adjusted.
  • snorkeling trips can be provided on routes B-C and D-E, which enable a low probability of detection with the possibility of using the first energy generating device.
  • the first energy storage device not only can the first energy storage device be protected, but if necessary it can also be charged.
  • the mission planning according to the invention differs from usual route planners for motor vehicles or surface ships, since the choice of depth and the mission specification has a direct influence on which energy sources are available and thus which energy can actually be accessed from which energy storage devices.
  • a full diesel tank is of no use to a submerged submarine if the battery is empty.
  • the energy supply from diesel can be converted into electrical energy in the first energy storage device.
  • step f) in particular, the depth is adjusted in order to use the first energy generation device to charge the first energy storage device. This has been done previously, for example by snorkeling between waypoints B and C and between waypoints D and E.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Missionsplanung eines Unterseebootes, wobei das Unterseeboot eine erste außenluftabhängige Energieerzeugungsvorrichtung, eine erste Energiespeichervorrichtung, einen Fahrmotor, weitere Verbraucher und wenigstens ein Schiffssteuerungssystem aufweist, wobei das Unterseeboot einen ersten Treibstoffvorratsbehälter für die erste Energieerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die erste Energieerzeugungsvorrichtung eine erste Maximalleistung aufweist, wobei die erste Energiespeichervorrichtung eine zweite Maximalleistung aufweist, wobei die erste Energiespeichervorrichtung eine erste Maximalladeleistung aufweist, wobei das Schiffsteuerungssystem eine elektronische Seekarte aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Vorgeben von Wegpunkten, b) Vorgeben von Vorgabeparametern zu den Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassen Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Zeitpunkt, Zeitfenster, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, c) Vorgabe von Vorgabeparametern zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefe, Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, d) Erfassen des Füllstands des ersten Treibstoffvorratsbehälters, e) Erfassen des Ladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung, f) Kalkulation einer vorgeschlagenen Route einschließlich Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung, Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung unter Berücksichtigung der Vorgaben aus den Schritten a) bis c) sowie der erfassten Daten aus den Schritten d) und e).

Description

Integriertes Missionsplanungstool
Die Erfindung betrifft ein integriertes Missionsplanungstool, welches die Planung einer Mission, insbesondere bestehend aus Routenabschnitten mit zugewiesenen Aufgaben, für ein Unterseeboot unter Berücksichtigung von Energiereserven und Randparametern ermöglicht.
Einfache Routenplanung sind heute geläufig und in vielen Autos und auf den meisten Mobiltelefonen für den Straßenverkehr üblich. Auch in der Berufsschifffahrt sind solche Systeme als üblich anzusehen. Auch ist es üblich, bei der Routenplanung beispielsweise zwischen einer schnellsten oder einer ökonomischen (kraftstoffsparenden) Route zu wählen.
Gegenüber Landfahrzeugen oder Überwasserschiffen ist die Situation bei Unterseebooten wesentlich komplexer. Zu den Kernfähigkeiten von Unterseebooten gehört, dass sie in der Lage sind unentdeckt zu operieren. Das heißt, das Boot fährt getaucht mit einer möglichst geringen Signatur (zum Beispiel mit geringer Abgabe von Geräuschen), um einer Ortung durch andere Fahrzeuge zu entgehen. Die vom Unterseeboot nach außen abgegebene Signatur ist abhängig vom Fahrt- oder Betriebszustand. Das heißt, sowohl der Fahrtzustand, um Beispiel Geschwindigkeit und Tauchtiefe, als auch der Betriebszustand, zum Beispiel das Laden der Batterie mit Diesel- Generatoren, Fahrt mit außenluftunabhängigen Antrieb und eingeschaltete Systeme, haben einen Einfluss auf die Signatur des Bootes. So ist zum Beispiel ein Unterseeboot leichter zu entdecken, wenn es in der Nähe der Wasseroberfläche fährt und mit den Diesel-Generatoren die Batterie lädt als wenn es tiefgetaucht mit langsamer Fahrt mit außenluftunabhängigen Antrieb operiert. Lässt man nuklearbetrieben Unterseeboote außer Acht, die eine theoretisch unbegrenzte Reichweite aufweisen, so haben konventionelle (nicht nukleare) Unterseeboote üblicherweise zwei unterschiedliche Antriebsarten. Zum einen kann bei Überwasserfahrt oder bei Schnorchelfahrt mit einem Dieselaggregat Energie erzeugt werden. Der somit zur Verfügung stehende Energiespeicher ist der Dieseltank. Zum anderen weist ein Unterseeboot für die Fahrt unter Wasser einen Energiespeicher, meist einen Akkumulator auf. Für die Fahrt unter Wasser ist somit die limitierende Energiemenge der Ladezustand des Energiespeichers. Des Weiteren können Unterseeboote zusätzlich eine außenluftunabhängige Energiequelle aufweisen, beispielsweise eine Brennstoffzelle. Deren Energiereserve ergibt sich aus dem Brennstoffvorrat, beispielsweise Wasserstoff oder Methanol oder Diesel bei Verwendung eines entsprechenden Reformers. Hinzukommt, dass die maximale Leistungsabgabe einer Brennstoffzelle meist ein geringeres Niveau als die Batterie aufweist. Somit kann bei geringem Energieverbrauch der Energievorrat in diesem Fall aus Brennstoffzelle und Energiespeicher bestehen, bei einem hohen Energieverbrauch gegebenenfalls fast nur aus dem Energiespeicher. Als weiterer Punkt kommt hinzu, dass bei Überwasserfahrt und bei Schnorchelfahrt beispielsweise das Dieselaggregat auch zum Aufladen des Energiespeichers genutzt werden kann.
Als weiteres kommt hinzu, dass verschiedene Verbraucher zu unterschiedlichen Zeiten eingesetzt werden, beziehungsweise zu gewissen Zeiten oder Missionsvorgaben abgeschaltet oder benötigt werden.
Somit ergibt sich für die Missionsplanung, beziehungsweise die Planung einer Route für eine Mission, ein sehr komplexes Wechselspiel aus Fahrweise und damit zur Verfügung stehender Reichweite. Eine Routenplanung für ein Unterseeboot kann somit nicht einfach von einem Überwasserschiff übernommen werden.
Aus der DE 10 2016 202 781 A1 ist eine Vorrichtung zur integrierten Darstellung von Informationen auf einem Wasserfahrzeug bekannt.
Aus der DE 10 2016 202 784 A1 ist ein Verfahren zur Berechnung einer optimalen Route für ein Fluidfahrzeug, insbesondere für ein Unterwasserfahrzeug, bekannt.
Aus der US 2005/0216181 A1 ist ein Routenplanungsverfahren bekannt.
Aus der US 2016/0018525 A1 ist eine quantenphotonische Vorrichtung für ein Unterwasserfahrzeug bekannt.
Aus der DE 10 2004 024 972 A1 ist ein Verfahren zur Fahrtplanung eines Unterseeboots bekannt. Aus der US 7,613,553 B1 ist ein Verfahren zur autonomen Kontrolle eines Fahrzeugs bekannt.
Aus der DE 10 2009 014 978 A1 ist ein Verfahren zur Routenbestimmung bekannt.
Aus der DE 10 2006 035 878 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrwegs für ein Unterwasserfahrzeug bekannt.
Aus der 2010 International Conference on Computer Application and System Modeling (ICCASM 2010), Li Yuyang, Da Lianglong, Han Mei, Jin Chaobo, Optimal Route Programming of Submarine Based on Genetic Algorithm, V9-404ff ist ein Verfahren zur Routenoptimierung von Unterseebooten beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Missionsplanung von, insbesondere militärischen, Unterseebooten unter der Berücksichtigung von Unterseeboot spezifischen und insbesondere auch militärischen Rahmenbedingungen zu erstellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Missionsplanung eines, insbesondere militärischen, Unterseebootes. Hierbei ist wesentlich, dass die Missionsplanung nicht eine einfache Routenplanung analog einen PKW-Navigationsgerät ist, sondern sich aufgrund der unterschiedlichen Fahrweisen (aufgetaucht, getaucht) und insbesondere zusätzlicher militärische und Unterseeboot spezifischer Randbedingungen massiv von allen anderen Fahrzeugen unterscheidet. Hinzu kommt, dass üblicherweise die Mission eines Unterseebootes mit der Route verschmilzt. Soll also innerhalb der Mission ein gewisser Seeraum für eine gewisse Zeit auf Bewegungen überwacht werden, so ergibt sich aus dieser Aufgabenstellung, dass für den Überwachungszeitraum zum einen, dass die verschiedenen Sensoren betrieben werden müssen (also als elektrischer Verbraucher zu berücksichtigen sind). Zum anderen ist für diese Zeit eine Entdeckung zu vermeiden, was wiederum bedeutet, dass das Unterseeboot getaucht und mit einer möglichst geringen Signatur fahren soll. Diese Randbedingungen sind Parameter, die bei der Planung übergeben und berücksichtigt werden. Dazu kommen noch Anfahrtsbereiche, die ebenfalls unentdeckt bleiben sollen, sowie Anfahrtsbereiche, bei denen eine Entdeckung unwichtig ist. Außerdem hat ein Unterseeboot nicht wie ein Kraftfahrzeug oder ein Überwasserschiff einen Treibstofftank mit einem Treibstoff und damit einer Reichweite, sondern gerade für die Fahrt über Wasser und unterWasser sind unterschiedliche Energiequellen relevant.
Das Unterseeboot weist eine erste außenluftabhängige Energieerzeugungsvorrichtung, eine erste Energiespeichervorrichtung, einen Fahrmotor, weitere Verbraucher und wenigstens ein Schiffssteuerungssystem auf. Weitere Verbraucher fasst alle anderen Verbraucher außer dem Fahrmotor zusammen. Zum einen ist der Fahrmotor als größter Einzelverbraucher besonders relevant und dessen Verbrauch korreliert direkt mit der Geschwindigkeit. Zum anderen haben die weiteren Verbrauchen üblicherweise keine so einfache direkte Korrelation zwischen Verbrauch und beispielsweise Geschwindigkeit. Einige der weiteren Verbraucher können beispielsweise zeitweise abgeschaltet werden, andere werden immer ganz oder in gewissen Umfang benötigt. Das Unterseeboot weist einen ersten Treibstoffvorratsbehälter für die erste Energieerzeugungsvorrichtung auf. Der erste Treibstoffvorratsbehälter kann aus mehreren Teilvorratsbehältern bestehen, also beispielsweise einige über das Unterseeboot verteilte Dieseltanks. Die erste Energieerzeugungsvorrichtung weist eine erste Maximalleistung auf. Diese ist üblicherweise bauartbedingt. Die erste Energiespeichervorrichtung weist eine zweite Maximalleistung und eine Maximalkapazität auf. Auch diese ist bauartbedingt. Wenn die erste Energiespeichervorrichtung aus Akkumulatoren aufgebaut ist, so hängt die Maximalleistung stark von der Bauweise der ersten Energiespeichervorrichtung. Je mehr Akkumulatoren parallel geschaltet sind oder geschaltet werden können, umso höher ist üblicherweise der maximal fließende Strom, je mehr Akkumulatoren in Reihe geschaltet sind oder geschaltet werden können, umso höher ist üblicherweise die Spannung. Gleichzeitig ist die Zellspannung vom entnommenem Strom und ebenso vom Ladezustand abhängig. Daher ist gerade bei Akkumulatoren die zweite Maximalleistung eine Funktion von verschiedenen Parametern, insbesondere vom Ladezustand und von entnommenen Strom. Der Höchstwert der zweiten Maximalleistung unter optimalen Bedingungen (meist vollständig geladen) ist somit wieder bauartbedingt. Die erste Energiespeichervorrichtung weist weiter eine erste Maximalladeleistung auf. Dieses ist die Leistung, mit der die Energiespeichervorrichtung geladen werden kann. Auch diese kann insbesondere eine Funktion des Ladezustands sein. Beispielsweise bei Blei-Säure- Akkumulatoren wird die Ladeleistung bei bereits sehr hohem Ladezustand üblicherweise sehr gering. Das Schiffsteuerungssystem weist eine elektronische Seekarte auf. Eine elektronische Seekarte für ein Unterseeboot umfasst auch die Tiefenangaben, stellt also den dreidimensionalen Raum des Wassers dar.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte um: a) Vorgeben von Wegpunkten, b) Vorgeben von Vorgabeparametern zu den Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassen Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Zeitpunkt, Zeitfenster, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, c) Vorgabe von Vorgabeparametern zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefe, Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, d) Erfassen des Füllstands des ersten Treibstoffvorratsbehälters, e) Erfassen des Ladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung, f) Kalkulation einer Route einschließlich Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung, Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung unter Berücksichtigung der elektronischen Seekarte, der Vorgaben aus den Schritten a) bis c) sowie der erfassten Daten aus den Schritten d) und e).
In Schritt a) werden Wegpunkte vorgegeben. Als Wegpunkt wird eine Ortsangabe, beispielsweise mittel Längengrad und Breitengrad angesehen. Dieses soll anhand eines Beispiels erläutert werden. Beispielsweise werden die Wegpunkte A, B, C, D, E und F vorgegeben. A ist beispielsweise der Heimathafen und zum Beispiel gleichzeitig der jetzige Standort. Die eigentliche Mission ist eine Überwachungsfahrt von C nach D, beispielsweise sollen die Schiffsbewegungen in diesem Bereich unentdeckt erfasst werden. Dies sind Randbedingungen, die bei der Planung übergeben und berücksichtigt werden. Dazu werden zusätzlich für die Hinfahrt der Wegpunkt B und für die Rückfahrt der Wegpunkt E definiert. Der letzte Wegpunkt F ist das Ziel, beispielsweise der Heimathafen und wäre dann mit A beispielsweise identisch. Zwischen A und B kann das Unterseeboot auch entdeckt werden, zwischen B und C sollte es nicht entdeckt werde, zwischen D und E sollte es auch nicht entdeckt werden und zwischen E und F ist eine Entdeckung wieder unkritisch. Anhand dieses generischen Beispiels sollen im Folgenden die weiteren Schritte veranschaulicht werden.
In Schritt b) erfolgt ein Vorgeben von Vorgabeparametern zu den Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassen Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Zeitpunkt, Zeitfenster, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten
Energiespeichervorrichtung. Hierbei muss nicht für jeden Wegpunkt jeder Vorgabeparameter vorgegeben werden. Des Weiteren muss nicht jeder Vorgabeparameter einen exakten Wert haben, sondern es können auch Höchstwert, Mindestwert oder ein Wertebereich vorgegeben sein. Wird ein Vorgabeparameter nicht vorgegeben, so kann dieser Parameter in der Kalkulation in Schritt f) völlig frei gewählt werden.
Im oben genannten Beispiel wäre weiter vermutlich der Zeitpunkt zum Erreichen des Wegpunktes C tc sowie der Zeitpunkt zum Erreichen des Wegpunktes D to Vorgaben, die sich auf dem Auftrag des Unterseebootes ergeben. Ebenso könnten der Zeitpunkt zum Verlassen des Wegpunktes A tA sowie dein Zeitfenster zum Erreichen des Ziels F tpi bis tF2 vorgegeben werden.
In Schritt c) erfolgt die Vorgabe von Vorgabeparametern zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefe, Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung.
Beispielsweise kann ein Vorgabeparameter für die Tiefe 0 sein, dass Unterseeboot muss also aufgetaucht fahren. Dieses kann sich beispielsweise aus dem internationalen Recht ergeben. Durchquert ein Unterseeboot beispielsweise die vergleichsweise engen Gewässer des Öresund, des Großen Belt oder des kleinen Belts, so darf ein (nicht dänisches) Unterseeboot hier nicht getaucht fahren.
Im genannten Beispiel könnte auch für die Tiefe zwischen den Wegpunkten C und D vorgegeben werden. Ebenso könnte zwischen den Wegpunkten B und C sowie zwischen den Wegpunkten D und E eine Tiefe < 0, also getaucht, vorgegeben werden, um die Entdeckungswahrscheinlichkeit zu minimieren. Ebenso könnte zwischen den Wegpunkten C und D ein Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung vorgegeben werden.
In Schritt d) erfolgt das Erfassen des Füllstands des ersten Treibstoffvorratsbehälters, also beispielsweise des Dieseltanks. Im vorliegenden Beispielfall würde man im Heimathafen am Punkt A den ersten Treibstoffvorratsbehälter vollständig füllen. Das Erfassen kann entweder automatisch oder manuell durch eine Dateneingabe erfolgen.
In Schritt e) erfolgt das Erfassen des Ladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung. Das Erfassen kann entweder automatisch oder manuell durch eine Dateneingabe erfolgen.
In Schritt f) erfolgt dann die Kalkulation einer Route. Diese Kalkulation soll beispielhaft an dem genannten Beispiel erläutert werden. Von Wegpunkt A bis Wegpunkt B wird die Tiefe 0 gewählt und der Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung auf Laden gesetzt. Der Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung wird somit auf Energieerzeugen gesetzt und die erste Energieerzeugungsvorrichtung treibt dann den Fahrmotor an und lädt die erste Energiespeichervorrichtung. Die Route wird unter Berücksichtigung der elektronischen Seekarte gebildet. Der Weg zwischen Wegpunkt A und Wegpunkt B kann die direkte Verbindung der Punkte sein oder, sofern notwendig, kann die Nutzung bekannter Seeverkehrswege beinhalten und kann die Einhaltung der bekannten Seeverkehrsregeln für die allgemeine Schifffahrt berücksichtigen. Ebenso sind natürliche Landbarrieren, beispielsweise Inseln oder Untiefen, zu berücksichtigen. Gerade im Hafenbereich ist auf Routen mit ausreichendem Tiefgang zu achten. Vom Wegpunkt B über C und D zu Wegpunkt E wird die Tiefe auf < 0, beispielsweise auf - 100 m gesetzt, das Schiff taucht also. Damit ist der Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung auf Entladen gesetzt. Der Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung ist somit auf Aus gesetzt. Damit steht die Energiereserve aus dem Dieseltank für diese Strecke nicht zur Verfügung. Die Route wird insbesondere unter Berücksichtigung der elektronischen Seekarte für diesen Wegabschnitt berechnet und optimiert. Sie kann ebenfalls die direkte Verbindung zwischen diesen Punkten darstellen, sofern die Seekarte diese Verbindung zulässt, also insbesondere eine ausreichende Wassertiefe gegeben ist und keine Hindernisse (Inseln, Untiefen) im Weg sind. Es kann dabei vorgesehen sein, dass alle oder ein Teil der bestehenden Seeverkehrsregeln für die allgemeine Schifffahrt im getauchten Zustand nicht berücksichtigt werden, insbesondere, wenn die Tiefe so gewählt wird, dass keine Interaktion selbst zu Schiffen mit sehr großem Tiefgang auftritt, also beispielsweise bei einer Tiefe von unter 25 m, bevorzugt von unter 50 m. Es kann auch vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit der vorgegebenen Zeiten und Fahrgeschwindigkeiten die direkte Verbindung nicht erforderlich ist. In dem Fall kann die Route unter anderen Gesichtspunkten gebildet werden. Beispielsweise können günstige Strömungsverhältnisse oder größere Abstände zu Hindernissen zu einer anderen Route führen. Ebenso kann beispielsweise die Tiefe in Abhängigkeit von erwarteten Schichtungen im Wasser gewählt werden, also beispielsweise für die beiden Wegstrecken von Wegpunkt B nach Wegpunkt C und von Wegpunkt D zu Wegpunkt E beispielweise unterhalb einer thermischen Schicht, da so eine Ortung von Überwasserschiffen erschwert ist, während beispielsweise zwischen Wegpunkt C und Wegpunkt D eine Tiefe oberhalb einer solchen thermischen Schicht gewählt wird, um beispielsweise zuverlässig mit dem eigenen Sonarsystem Überwasserbewegungen erfassen zu können. Des Weiteren kann gerade zwischen dem Wegpunkt C und Wegpunkt D auch gerade aufgrund der meist geringen Geschwindigkeit und hohen Verweilzeit im Missionszielgebiet eine Berücksichtigung der Tide erfolgen. Gerade in Bereichen mit einem sehr starken Tidenhub, zum Beispiel im Bereich des Ärmelkanals kann der Wechsel zwischen Ebbe und Flut einen Unterschied in der Wassertiefe von 10 m ausmachen. Des Weiteren kann gerade im Wegabschnitt zwischen Wegpunkt C und Wegpunkt D auch der kommerzielle Schiffsverkehr berücksichtigt werden. Dieser Verkehr ist vergleichsweise planbar, auf der anderen Seite vergleichsweise laut. Dieses führt dazu, dass eine Sonarortung gerade an Orten und zu Zeiten mit erhöhtem Schiffsaufkommen komplexer sein kann, sodass dieses zur eigenen Tarnung genutzt werden kann. Zusätzlich können solche Geräuschquellen auch für eine nicht-kooperative bistatische Ortung, beispielsweise von anderen Unterseebooten, genutzt werden, was aber gleichzeitig auch einem anderen Unterseeboot möglich sein kann. Es ist daher eine Abwägung zu treffen, welche insbesondere die eigenen Sonarfähigkeiten und die Sonarfähigkeiten eines zu erwartenden Gegenspielers berücksichtigt. Für das letzte Stück der Route von Wegpunkt E nach Wegpunkt F wird die Tiefe 0 gewählt und der Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung auf Laden gesetzt. Der Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung wird somit auf Energieerzeugen gesetzt und die erste Energieerzeugungsvorrichtung treibt dann den Fahrmotor an und lädt die erste Energiespeichervorrichtung. Durch die Zeitpunkte tc und to ergibt sich die Geschwindigkeit und damit der Energieverbrauch für diesen damit, wenn am Wegpunkt B der maximale Ladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung eingestellt wird, die Energiereserve für die Wegstrecken B-C und D-E ermittelt werden und damit die mögliche Geschwindigkeit. Damit lassen sich dann auch die Geschwindigkeitsvorgaben für die Wegstrecken A-B und E-F kalkulieren. Weitere Punkte für die Planung der Route können beispielweise bekannte, meist stationäre, Sonarortungsvorrichtungen sein, zu denen ein geschwindigkeitsabhängiger Mindestabstand eingeplant wird.
Ergibt die Kalkulation jedoch, dass zum Beispiel am Wegpunkt B selbst bei maximalem Ladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung der Energievorrat nicht ausreicht, um die Strecke B-C-D-E zurückzulegen, so muss die Planung angepasst werden. Dazu können beispielsweise auf den Strecken B-C und D-E Schnorchelfahrten vorgesehen werden, die eine geringe Entdeckungswahrscheinlichkeit mit der Möglichkeit der Verwendung der ersten Energieerzeugungsvorrichtung ermöglichen oder kürzere Verbindungen zwischen den Wegpunkten gesucht werden. Ebenso kann die Verlegung beispielsweise eines Wegpunktes empfohlen werden, beispielsweise, wenn eine Insel oder eine Untiefe zwischen Wegpunkt C und Wegpunkt D eine sehr lange Fahrtstrecke in diesem Bereich erzwingt. Dadurch kann gegebenenfalls nicht nur die erste Energiespeichervorrichtung geschont, sondern gegebenenfalls auch geladen werden. Ebenso können zwei weitere Wegpunkte eingefügt werden, beispielsweise ein Wegpunkt C‘, welcher auf der geplanten Verbindung zwischen Wegpunkt C und Wegpunkt D liegt und einem Wegpunkt C“, an dem (in sicherer Entfernung) beispielweise ein Schnorchelbetrieb zum erneuten Aufladen möglich ist, sodass dann die Route zum Beispiel von Wegpunkt C zu C‘, zu C“, zu C‘ zu D sein könnte.
Damit unterscheidet sich die erfindungsgemäße Missionsplanung von üblichen Routenplanern für Kraftfahrzeuge oder Überwasserschiffe, da die Wahl der Tiefe und der Missionsvorgaben einen direkten Einfluss hat, welche Energiequellen zur Verfügung stehen und damit welche Energie aus welchen Energiespeichern überhaupt abrufbar ist. Einem getauchten Unterseeboot bringt ein voller Dieseltank nichts, wenn die Batterie leer ist. Dahingegen kann durch gezielte Auswahl von Überwasserfahrten oder Schnorchelfahrten der Energievorrat aus Diesel in elektrische Energie in der ersten Energiespeichervorrichtung umgewandelt werden. Zusätzlich ist zum Beispiel eine Planung günstiger Örtlichkeiten und Zeitpunkte möglich an denen das Unterseeboot seine Batterien laden kann. Daher ist eben auch die Route selber wesentlich stärker veränderbar. Während eine normale Routenplanung den kürzesten, den schnellsten oder den ökonomischen Weg zwischen zwei Punkten sucht (gegebenfalls unter Berücksichtigung von Verkehr), kann erfindungsgemäß eben der Kurs sehr stark modifiziert werden, um beispielsweise einen Bereich zu erreichen, in dem ein Aufladen der ersten Energiespeichervorrichtung möglich ist. Der Kurs ist also nicht auf eine Verbindung zwischen den Wegpunkten festgelegt, wenn so ein Kurs nicht darstellbar ist.
Hinzu kommt, dass in der Planung auch die weiteren Verbraucher mit berücksichtigt werden können und müssen. Zum Beispiel sind zwischen den Wegpunkten C und D, aufgrund der vorliegenden Aufgabe, die erforderlichen Sensoren notwendig und daher deren Energiebedarf zu berücksichtigen. Auf der anderen Seite kann es Verbraucher geben, die dem Crew-Komfort dienen und daher nur auf den Wegen A-B und E-F betrieben werden und daher nur in dieser Zeit mit Leistung versorgt werden müssen. Insbesondere auf der Strecke C-D können diese dann aber abgeschaltet werden und erhöhen so die getauchte Reichweite.
Die Planung für ein, insbesondere militärisches, Unterseeboot berücksichtig zum Beispiel auch Zeitpunkte und/oder Örtlichkeiten an denen das Laden der Batterie mit Diesel- Generatoren möglich sein soll, beziehungsweise, wann deren Einsatz nicht erfolgen soll. Diese Missionsplanung beinhaltet daher nicht nur eine einfache Routenplanung, sondern berücksichtigt auch zusätzliche, zum Beispiel auch militärische und Unterseeboot spezifische Besonderheiten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt f) insbesondere die Tiefe angepasst, um die erste Energieerzeugungsvorrichtung, zum Aufladen der ersten Energiespeichervorrichtung zu verwenden. Dies wurde vorhergehend ausgeführt, beispielsweise durch Schnorchelfahrten zwischen den Wegpunkten B und C sowie zwischen den Wegpunkten D und E.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt f) zusätzliche Wegpunkte hinzugefügt. Wie bereits ausgeführt, können beispielsweise zwei weitere Wegpunkte eingefügt werden, beispielsweise ein Wegpunkt C‘, welcher auf der geplanten Verbindung zwischen Wegpunkt C und Wegpunkt D liegt und einem Wegpunkt C“, an dem (in sicherer Entfernung) beispielweise ein Schnorchelbetrieb zum erneuten Aufladen möglich ist, sodass dann die Route zum Beispiel von Wegpunkt C zu C‘, zu C“, zu C‘ zu D sein könnte. Durch diese zusätzlichen Wegpunkte wird es möglich, direkt in den Energiehaushalt einzugreifen, um beispielsweise die erste Energiespeichervorrichtung an einem zusätzlichen Wegpunkt, in gezeigten Beispiel am Wegpunkt C“, wieder aufzuladen und damit wieder Energie insbesondere für eine getauchte Fahrt bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterseeboot eine zweite außenluftunabhängige Energieerzeugungsvorrichtung auf, beispielsweise und insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung. Andere bekannte Systeme sind der Walter-Antrieb oder der Strilingmotor. Die zweite Energieerzeugungsvorrichtung weist eine dritte Maximalleistung auf. Üblicherweise ist die dritte Maximalleistung deutlich geringer als die erste Maximalleistung und die zweite Maximalleistung. Die zweite Energieerzeugungsvorrichtung dient damit eher der Unterstützung und Entlastung der ersten Energiespeichervorrichtung, um die Ausdauer unter Wasser bei geringem Leistungsbedarf auszudehnen. Die zweite Energieerzeugungsvorrichtung ist entweder mit dem ersten Treibstoffvorratsbehälter oder einem zweiten Treibstoffvorratsbehälter verbunden. Ein Stirlingmotor kann beispielsweise mit Diesel betrieben werden. Ebenso gibt es Reformer, die Diesel in Wasserstoff für Brennstoffzellenvorrichtung umwandeln. In diesen Fällen kann beispielsweise auf den Treibstoff im ersten Treibstoffvorratsbehälter zurückgegriffen werden. Alternativ kann der zweiten Treibstoffvorratsbehälter beispielsweise Wasserstoff für eine Brennstoffzellenvorrichtung oder Methanol für einen Reformer in Kombination mit einer Brennstoffzellenvorrichtung enthalten. In Schritt d) wird zusätzlich der Füllstand des zweien Treibstoffvorratsbehälters erfasst, wenn dieser vorhanden ist. In Schritt f) erfolgt für Fahrten tiefer als Schnorchelfahrt die Kalkulation insbesondere unter Berücksichtigung der dritten Maximalleistung. Die einfachste Art, den Leistungsbedarf zu senken, ist die Geschwindigkeit zu reduzieren. Wird somit der Leistungsbedarf des gesamten Unterseebootes so wenig wie möglich über oder gar unter der dritten Maximalleistung gehalten, so verlängert sich die Ausdauer im getauchten Zustand. Hierdurch erhöht sich zum einen die Komplexität der Kalkulation in Schritt f) deutlich, auf der anderen Seite wird die Einsatzbreite für das Unterseeboot ebenso deutlich gesteigert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt f) geprüft, ob die Mission mit den in den Schritten d) und e) erfassten Energievorräten möglich ist beziehungsweise der in Schritt b) und/oder c) vorgegebene Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung unterschritten wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren während der Mission kontinuierlich ausgeführt. Insbesondere erfolgt ein Abgleich zwischen den geplanten und den realen Werten. Beispielsweise kann es durch die Wetterlage zu einem höheren Verbrauch kommen, was wiederum dazu führen kann, dass die Mission mit den in den Schritten d) und e) erfassten aktuellen Energievorräten nicht mehr möglich ist beziehungsweise der in Schritt b) und/oder c) vorgegebene Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung unterschritten wird.
Bei der kontinuierlichen Ausführung wird insbesondere die aktuelle Position der erste Wegpunkt, also der Ausgangspunkt für die Planung. Bereits erreichte Wegpunkte werden für die weitere Planung entsprechend entfernt und nicht weiter berücksichtigt.
Bei der kontinuierlichen Ausführung werden die Daten aus dem schifftechnischen Systemen bevorzugt automatisch übernommen. Dieses ist insbesondere relevant für den Leistungsbedarf, also der aktuelle und prognostizierte reale Energiebedarf aller Verbraucher. Ebenso wird auch der Ladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung erfasst. Dadurch ist beispielsweise auch zu erkennen, ob die Prognose für den Verbrauch für die Vergangenheit zutreffen war und dadurch kann eben auch die Prognose für die Zukunft angepasst werden. Insbesondere bei Abweichungen zwischen der Prognose und dem realen Verlauf kann es dadurch notwendig sein, die Routenplanung in Schritt f) anzupassen.
Bei der kontinuierlichen Ausführung wird bevorzugt auch die aktuelle Position mit der geplanten Position verglichen. Beispielswiese durch Strömungen kann es sehr leicht zu Abweichungen kommen. Zum einen führen diese Abweichungen zur Notwendigkeit der Umplanung, zum anderen kann dieses den prognostizierten Energiebedarf deutlich verändern. Dieses kann so weit gehen, das die Mission an sich nicht mehr wie geplant zu Ende durchführbar ist. Dieses kann dann, wie ausgeführt beispielsweise dazu führen, dass die Route so umgeplant werden muss, dass beispielsweise die Tiefe, zum Beispiel für Schnorchelfahrt zum Laden der ersten Energiespeichervorrichtung, angepasst werden muss oder andere, gegebenenfalls auch neue Wegpunkte festgelegt werden müssen, um Bereiche zu erreichen, um eine solche Tiefenänderung beispielsweise zum Aufladen durchführen zu können.
Bei der kontinuierlichen Ausführung werden bevorzugt auch erfasste Kontakte berücksichtigt. Die Position und Art insbesondere von weiteren Schiffen in der Umgebung hat einen direkten Einfluss auf die Entdeckungswahrscheinlichkeit und somit auf mögliche verwendbare Routen oder zu vermeidende Routen. Derartige Einflussgrößen sind im Voraus nicht planbar. Daher kann es dann vorgesehen sein, in einem solchen Fall die Vorgabe des Mindestladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung zur Überprüfung beziehungsweise Anpassung vorzulegen. Da solche Ereignisse nicht vorhersehbar sind, können diese insbesondere durch die Vorgabe des Mindestladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung in gewissem Umfang berücksichtigt werden. Daher kann es dann angebracht sein, wenn zum Beispiel ein feindliches Schiff einen wichtigen Teil der Route blockiert, gegebenenfalls auf diese eingeplanten Reserven zurückzugreifen und diese teilweise dafür zu verwenden. Bei der kontinuierlichen Ausführung werden insbesondere auch aktuelle Wetterdaten sowie die jeweils aktualisierten Prognosen verwendet. Die Wetterprognose kann für einen Zeitraum bis zu 4 Stunden als präzise angesehen werden, darüberhinausgehend lässt die Vorhersagewahrscheinlichkeit kontinuierlich nach. Beispielsweise kann bei schwerer See eine größere Tiefe gewählt werden, um den Wettereinflüssen zu entgehen. Des Weiteren kann beispielsweise der aktuelle Bewölkungszustand oder die Temperatur der Luft bezüglich der Entdeckungswahrscheinlichkeit bei Schnorchelfahrt oder im aufgetauchten Zustand berücksichtigt werden. Beispielsweise und insbesondere kann somit eine günstige, die Entdeckung erschwerende Wetterlage genutzt werden, um den Ladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung zu erhöhen.
Bei der kontinuierlichen Ausführung werden Zustandsänderungen von Schiffssystemen erfasst beziehungsweise berücksichtigt. Viele Systeme eines Unterseebootes sind redundant ausgelegt, was aber bedeutet, dass bei dem Ausfall sich gegebenfalls die Gesamtleistungsfähigkeit verändert, auch wenn die prinzipielle Einsatzfähigkeit gegeben ist. Beispielsweise ist eine Energiespeichervorrichtung aus mehreren Strängen aus jeweils mehreren Modulen aufgebaut. Kommt es beispielsweise in einem Modul zu einem Defekt, so wird der Strang vom Netz getrennt. Damit sinkt zum einen die maximale Leistungsfähigkeit der restlichen Stränge. Ebenso sinkt die Gesamtkapazität. Dieses muss bei der kontinuierlichen Ausführung berücksichtigt werden und führt fast zwangsweise zu einer Routenveränderung.
Neben reinen technischen Parametern können bei der kontinuierlichen Ausführung auch weitere Ereignisse berücksichtigt werden. Kommt es beispielsweise zu einer Erkrankung eines Besatzungsmitglieds, welches daher von Bord gebracht werden muss, so kann das Verfahren auch dazu verwendet werden, eine solche Planung vorzunehmen. Befindet sich das Unterseeboot zu diesem Zeitpunkt beispielsweise auf der Strecke C-D und darf dort nicht entdeckt werden, so kann beispielsweise ein Anfahren eines neuen Wegpunktes C“ notwendig sein, an dem aufgetaucht und beispielsweise die Person an einen Helikopter übergeben werden kann. Dieses kann besonders einfach durchgeführt werden, wenn in Schritt b) flächige Vorgabeparameter vorgegeben werden, also insbesondere Bereiche mit unterschiedlichen Entdeckungswahrscheinlichkeiten, da dann beispielsweise der kürzeste Weg zu einem Punkt in einem Bereich ermittelt werden kann, in dem die Entdeckungswahrscheinlichkeit beispielsweise die Übernahme durch einen Helikopter erlaubt.
Durch die kontinuierliche Ausführung ist somit ein ständiger Abgleich zwischen Soll und Ist sowie eine direkte Berücksichtigung veränderter Parameter möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren auch das gezielte Aktivieren und Deaktivieren von Komponenten. Es ist somit durch das Verfahren gezielt möglich, Betriebszustände der Komponenten zu ändern, also beispielsweise Motoren oder Sensoren zu aktivieren oder zu deaktivieren. Insbesondere kann der deaktivierte Zustand ein Zustand sein, indem die Komponente ausgeschaltet ist oder einen minimalen Energiebedarf besitzt, währen der aktivierte Zustand ein Zustand ist in dem die Komponente funktionsfähig ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Schiffssteuerungssystem zum Ein- und Ausschalten der weitere Verbraucher ausgebildet. In Schritt f) wird das Ein- und Ausschalten weiterer Verbraucher berücksichtigt. Beispielsweise ist im oben genannten Beispiel für die Strecke von Wegpunkt C zu Wegpunkt D die Bootssignatur minimiert, das heißt nicht erforderliche Verbraucher sind ausgeschaltet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Komponenten gezielt oder geplant aktiviert oder deaktiviert werden. Dazu kann vorgesehen sein, dass im Schiffssteuerungssystem für einige oder alle Komponenten Aktivierungsbedingungen hinterlegt sind in denen diese Komponenten aktiviert werden müssen oder deaktiviert werden können. Diese Hinterlegung kann beispielsweise auch in Form von Einschaltlisten erfolgen bei denen für eine Vielzahl von Komponenten in Abhängigkeit einzelner oder mehrere Bedingungen die Zustände der Komponenten hinterlegt sind, die Aktiviert oder Deaktiviert werden können. Diese Bedingungen können insbesondere Sensorwerte oder Vorgabewerte sein.
Beispielsweise kann bei der Vorgabe einer niedrigen Geschwindigkeit und Tauchtiefe die Funkanlage abgeschaltet werden, insbesondere kann dabei ebenfalls vorgesehen sein alle mit dem Funkraum verbundenen elektrischen Verbraucher abzuschalten. Dabei kann bei der Planung eines Wegpunktes der Energieverbrauch in Abhängigkeit dieser Aktivierungsbedingungen oder Einschaltlisten ermittelt werden und die Vorhersage verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt f) der Leistungsbedarf der weiteren Verbraucher kalkuliert. Diese werden so kalkuliert, dass diese sich in die gesamte Missionsplanung optimal einpassen. Besonders bevorzugt wird zunächst der Verbrauch für den Fahrmotor anhand der Routendaten kalkuliert, anschließend die zwingend notwenigen Verbraucher. In einem weiteren Schritt werden dann die optionalen Verbraucher kalkuliert. Diese werden bevorzugt dann zu Zeiten geschaltet, in denen deren Betrieb aus energetischer oder operativer Sicht möglich ist.
In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Schiffssteuerungssystem eine Protokollfunktion auf. Die Mission wird mitprotokolliert. Dadurch ist es möglich, die Missionsplanung nachträglich mit den Echtdaten zu vergleichen, insbesondere, was die Kalkulation der Verbraucher und damit den Einfluss der Verbraucher auf die Reichweite angeht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Schiffssteuerungssystem ein Ausgabesystem auf. Die kalkulierte Route wird nach Schritt f) an das Ausgabesystem übergeben und vom Ausgabesystem zur Betrachtung durch die Besatzung angezeigt. An das Ausgabesystem wird besonders bevorzugt die elektronische Seekarte und die kalkulierte Route ausgegeben und beide werden gleichzeitig auf dem Ausgabesystem dargestellt. Hierdurch ist in einfacher Wiese eine visuelle Erfassung der kalkulierten Route durch die Besatzung möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Schiffssteuerungssystem ein Eingabesystem auf. Über das Eingabesystem können beispielsweise die Vorgaben der Schritte a), b) und/oder c) erfolgen. Besonders bevorzugt werden die Eingaben des Eingabesystems auf dem Ausgabesystem dargestellt. Weiter bevorzugt sind das Eingabesystem und das Ausgabesystem in einem kombinierten Ein- und Ausgabesystem verbunden. Durchgeführt wird das Verfahren bevorzugt auf einem Gerät zur elektronischen Datenverarbeitung, welches besonders bevorzugt integraler Bestandteil des Schiffsleitsystems ist. Beispielsweise kann das Verfahren in Form ausführbarer Programminstruktionen in ein bestehendes Schiffsleitsystem integriert werden. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass die Schritte d) und e) dann vollautomatisch erfolgen können.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden während der Mission die Planungsdaten kontinuierlich mit den aktuellen Daten abgeglichen. Bei der Feststellung einer Abweichung, zum Beispiel Änderung der Route oder Ortsabweichung, beispielsweise durch Strömung, wird der Einfluss der Abweichung gegenüber der ursprünglichen und der Einfluss auf die verbleibende Mission bewertet. Ist ein Einfluss gegeben, im Extremfall zum Beispiel die Erfüllung bei vorgegebenen Missionsrandbedingungen nicht möglich, zum Beispiel das Laden der Batterie muss an Stellen erfolgen, die ausgeschlossen sind, werden Alternativen oder Optimierungsmöglichkeiten ermittelt. Diese Möglichkeiten können dabei am Ausgabegerät ausgegeben und insbesondere zru Auswahl gestellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass in diesem Fall die Ausgabe einer Warnung erfolgt, sodass eine erneute Planung der Mission, insbesondere mit angepassten Vorgaben, erfolgen kann.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 Ablaufdiagramm
Fig. 2 Route
In Fig. 1 ist das Ablaufdiagramm des Verfahrens gezeigt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte um: a) Vorgeben von Wegpunkten, b) Vorgeben von Vorgabeparametern zu den Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassen Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Zeitpunkt, Zeitfenster, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, c) Vorgabe von Vorgabeparametern zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefe, Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, d) Erfassen des Füllstands des ersten Treibstoffvorratsbehälters, e) Erfassen des Ladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung, f) Kalkulation einer Route einschließlich Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung, Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung unter Berücksichtigung der elektronischen Seekarte, der Vorgaben aus den Schritten a) bis c) sowie der erfassten Daten aus den Schritten d) und e).
Während der Fahrt selber kann von Schritt f) eine Wiederholung der Schritte d), e) und f) erfolgen. Dadurch kann eine kontinuierliche Überprüfung erfolgen, ob die Energieverbrauchsvorhersagen stimmen und gegebenenfalls eine Anpassung erfolgen, um die Mission sicher zu beenden. Selbstverständlich kann auch während der Mission zu Schritt a) zurückgesprungen werden, wenn beispielsweise eine Änderung der Mission erfolgen soll.
In Fig. 2 ist eine beispielhafte Route aufgezeigt, wie diese bereits diskutiert wurde.
In Schritt a) werden Wegpunkte vorgegeben. Als Wegpunkt wird eine Ortsangabe, beispielsweise mittel Längengrad und Breitengrad angesehen. Dieses soll anhand eines Beispiels erläutert werden. Beispielsweise werden die Wegpunkte A, B, C, D, E und F vorgegeben. A ist beispielsweise der Heimathafen und zum Beispiel gleichzeitig der jetzige Standort. Die eigentliche Mission ist eine Überwachungsfahrt von C nach D, beispielsweise sollen mittels Sonar die Schiffsbewegungen in diesem Bereich unentdeckt erfasst werden. Dies sind Randbedingungen, die bei der Planung übergeben und berücksichtigt werden. Dazu werden zusätzlich für die Hinfahrt der Wegpunkt B und für die Rückfahrt der Wegpunkt E definiert. Der letzte Wegpunkt F ist das Ziel, beispielsweise der Heimathafen und wäre dann mit A beispielsweise identisch. Zwischen A und B kann das Unterseeboot auch entdeckt werden, zwischen B und C sollte es nicht entdeckt werde, zwischen D und E sollte es auch nicht entdeckt werden und zwischen E und F ist eine Entdeckung wieder unkritisch. Anhand dieses generischen Beispiels sollen im Folgenden die weiteren Schritte veranschaulicht werden.
In Schritt b) erfolgt ein Vorgeben von Vorgabeparametern zu den Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassen Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Zeitpunkt, Zeitfenster, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten
Energiespeichervorrichtung. Hierbei muss nicht für jeden Wegpunkt jeder Vorgabeparameter vorgegeben werden. Des Weiteren muss nicht jeder Vorgabeparameter einen exakten Wert haben, sondern es können auch Höchstwert, Mindestwert oder ein Wertebereich vorgegeben sein. Wird ein Vorgabeparameter nicht vorgegeben, so kann dieser Parameter in der Kalkulation in Schritt f) völlig frei gewählt werden.
Im oben genannten Beispiel wäre weiter vermutlich der Zeitpunkt zum Erreichen des Wegpunktes C tc sowie der Zeitpunkt zum Erreichen des Wegpunktes D to Vorgaben, die sich auf dem Auftrag des Unterseebootes ergeben. Ebenso könnten der Zeitpunkt zum Verlassen des Wegpunktes A tA sowie dein Zeitfenster zum Erreichen des Ziels F tpi bis tF2 vorgegeben werden.
In Schritt c) erfolgt die Vorgabe von Vorgabeparametern zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefe, Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung.
Beispielsweise kann ein Vorgabeparameter für die Tiefe 0 sein, dass Unterseeboot muss also aufgetaucht fahren. Dieses kann sich beispielsweise aus dem internationalen Recht ergeben. Durchquert ein Unterseeboot beispielsweise die vergleichsweise engen Gewässer des Öresund, des Großen Belt oder des kleinen Belts, so darf ein (nicht dänisches) Unterseeboot hier nicht getaucht fahren.
Im genannten Beispiel könnte auch für die Tiefe zwischen den Wegpunkten C und D, die Wegstrecke C-D, vorgegeben werden, um beispielsweise eine optimale Sonarempfindlichkeit zu gewährleisten. Ebenso könnte zwischen den Wegpunkten B und C sowie zwischen den Wegpunkten D und E eine Tiefe < 0, also getaucht, vorgegeben werden, um die Entdeckungswahrscheinlichkeit zu minimieren. Ebenso könnte zwischen den Wegpunkten C und D ein Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung vorgegeben werden, der für ein eventuelles Fluchtmanöver als nötig angesehen wird.
In Schritt d) erfolgt das Erfassen des Füllstands des ersten Treibstoffvorratsbehälters, also beispielsweise des Dieseltanks. Im vorliegenden Beispielfall würde man im Heimathafen am Punkt A den ersten Treibstoffvorratsbehälter vollständig füllen. Das Erfassen kann entweder automatisch oder manuell durch eine Dateneingabe erfolgen.
In Schritt e) erfolgt das Erfassen des Ladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung. Das Erfassen kann entweder automatisch oder manuell durch eine Dateneingabe erfolgen.
In Schritt f) erfolgt dann die Kalkulation. Diese Kalkulation soll beispielhaft an dem genannten Beispiel erläutert werden. Von Wegpunkt A bis Wegpunkt B wird die Tiefe 0 gewählt und der Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung auf Laden gesetzt. Der Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung wird somit auf Energieerzeugen gesetzt und die erste Energieerzeugungsvorrichtung treibt dann den Fahrmotor an und lädt die erste Energiespeichervorrichtung. Vom Wegpunkt B über C und D zu Wegpunkt E wird die Tiefe auf < 0, beispielsweise auf - 100 m gesetzt, das Schiff taucht also. Damit ist der Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung auf Entladen gesetzt. Der Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung ist somit auf Aus gesetzt. Damit steht die Energiereserve aus dem Dieseltank für diese Strecke nicht zur Verfügung. Für das letzte Stück der Route von Wegpunkt E nach Wegpunkt F wird die Tiefe 0 gewählt und der Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung auf Laden gesetzt. Der Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung wird somit auf Energieerzeugen gesetzt und die erste Energieerzeugungsvorrichtung treibt dann den Fahrmotor an und lädt die erste Energiespeichervorrichtung. Durch die Zeitpunkte tc und to ergibt sich die Geschwindigkeit und damit der Energieverbrauch für diesen damit, wenn am Wegpunkt B der maximale Ladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung eingestellt wird, die Energiereserve für die Wegstrecken B-C und D-E ermittelt werden und damit die mögliche Geschwindigkeit. Damit lassen sich dann auch die Geschwindigkeitsvorgaben für die Wegstrecken A-B und E-F kalkulieren.
Ergibt die Kalkulation jedoch, dass zum Beispiel am Wegpunkt B selbst bei maximalem Ladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung der Energievorrat nicht ausreicht, um die Strecke B-C-D-E zurückzulegen, so muss die Planung angepasst werden. Dazu können beispielsweise auf den Strecken B-C und D-E Schnorchelfahrten vorgesehen werden, die eine geringe Entdeckungswahrscheinlichkeit mit der Möglichkeit der Verwendung der ersten Energieerzeugungsvorrichtung ermöglichen. Dadurch kann gegebenfalls nicht nur die erste Energiespeichervorrichtung geschont, sondern gegebenfalls auch geladen werden.
Damit unterscheidet sich die erfindungsgemäße Missionsplanung von üblichen Routenplanern für Kraftfahrzeuge oder Überwasserschiffe, da die Wahl der Tiefe und der Missionsvorgabe einen direkten Einfluss hat, welche Energiequellen zur Verfügung stehen und damit welche Energie aus welchen Energiespeichern überhaupt abrufbar ist. Einem getauchten Unterseeboot bringt ein voller Dieseltank nichts, wenn die Batterie leer ist. Dahingegen kann durch gezielte Auswahl von Überwasserfahrten oder Schnorchelfahrten der Energievorrat aus Diesel in elektrische Energie in der ersten Energiespeichervorrichtung umgewandelt werden. Zusätzlich ist zum Beispiel eine Planung günstiger Örtlichkeiten und Zeitpunkte möglich an denen das Unterseeboot seine Batterien laden kann.
Hinzu kommt, dass in der Planung auch die weiteren Verbraucher mit berücksichtigt werden können und müssen. Zum Beispiel sind zwischen den Wegpunkten C und D wird, aufgrund der vorliegenden Aufgabe, die erforderlichen Sensoren notwendig und daher deren Energiebedarf zu berücksichtigen. Auf der anderen Seite kann es Verbraucher geben, die dem Crew-Komfort dienen und daher nur auf den Wegen A-B und E-F betrieben werden und daher nur in dieser Zeit mit Leistung versorgt werden müssen. Insbesondere auf der Strecke C-D können diese dann aber abgeschaltet werden und erhöhen so die getauchte Reichweite. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt f) insbesondere die Tiefe angepasst, um die erste Energieerzeugungsvorrichtung, zum Aufladen der ersten Energiespeichervorrichtung zu verwenden. Dies wurde vorhergehend ausgeführt, beispielsweise durch Schnorchelfahrten zwischen den Wegpunkten B und C sowie zwischen den Wegpunkten D und E.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Missionsplanung eines Unterseebootes, wobei das Unterseeboot eine erste außenluftabhängige Energieerzeugungsvorrichtung, eine erste Energiespeichervorrichtung, einen Fahrmotor, Verbraucher und wenigstens ein Schiffssteuerungssystem aufweist, wobei das Unterseeboot einen ersten Treibstoffvorratsbehälter für die erste Energieerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei das Schiffsteuerungssystem eine elektronische Seekarte aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Vorgeben von Wegpunkten, b) Vorgeben von Vorgabeparametern zu den Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassen Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Zeitpunkt, Zeitfenster, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, c) Vorgabe von Vorgabeparametern zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Wegpunkten, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Tiefe, Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit, Missionsvorgaben, Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung, d) Erfassen des Füllstands des ersten Treibstoffvorratsbehälters, e) Erfassen des Ladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung, f) Kalkulation einer Route einschließlich Kurs, Geschwindigkeit, Tiefe, Verwendungsstatus der ersten Energieerzeugungsvorrichtung, Verwendungsstatus der ersten Energiespeichervorrichtung unter Berücksichtigung der elektronischen Seekarte, der Vorgaben aus den Schritten a) bis c) sowie der erfassten Daten aus den Schritten d) und e).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) insbesondere die Tiefe angepasst wird, um die erste Energieerzeugungsvorrichtung, zum Aufladen der ersten Energiespeichervorrichtung zu verwenden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) zusätzliche Wegpunkte hinzugefügt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Energieerzeugungsvorrichtung eine erste Maximalleistung aufweist, wobei die erste Energiespeichervorrichtung eine zweite Maximalleistung aufweist, wobei die erste Energiespeichervorrichtung eine erste Maximalladeleistung aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterseeboot eine zweite außenluftunabhängige Energieerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei die zweite Energieerzeugungsvorrichtung eine dritte Maximalleistung aufweist, wobei die zweite Energieerzeugungsvorrichtung entweder mit dem ersten
Treibstoffvorratsbehälter oder einem zweiten Treibstoffvorratsbehälter verbunden ist, wobei in Schritt d) zusätzlich der Füllstand des zweien
Treibstoffvorratsbehälters erfasst wird, wenn dieser vorhanden ist, wobei in Schritt f) für Fahrten tiefer als Schnorchelfahrt die Kalkulation insbesondere unter Berücksichtigung der dritten Maximalleistung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) geprüft wird, ob der Mission mit den in den Schritten d) und e) erfassten Energievorräten möglich ist beziehungsweise der in Schritt b) und/oder c) vorgegebene Mindestladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung unterschritten wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während der Mission kontinuierlich ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiffssteuerungssystem zum Ein- und Ausschalten der weitere Verbraucher ausgebildet ist, wobei in Schritt f) das Ein- und Ausschalten weiterer Verbraucher berücksichtigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) der Leistungsbedarf der weiteren Verbraucher kalkuliert wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiffssteuerungssystem eine Protokollfunktion aufweist, wobei die Mission mitprotokolliert wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Mission die Planungsdaten kontinuierlich mit den aktuellen Daten abgeglichen werden, wobei bei Feststellung einer Abweichung zwischen den Planungsdaten und den aktuellen Daten deren Einfluss auf die verbleibende Mission bewertet wird, wobei bei einem festgestellten Einfluss Alternativen oder Optimierungen ermittelt werden.
PCT/EP2023/074969 2022-09-14 2023-09-12 Integriertes missionsplanungstool WO2024056634A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022209653.3A DE102022209653B3 (de) 2022-09-14 2022-09-14 Integriertes Missionsplanungstool
DE102022209653.3 2022-09-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024056634A1 true WO2024056634A1 (de) 2024-03-21

Family

ID=88068938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/074969 WO2024056634A1 (de) 2022-09-14 2023-09-12 Integriertes missionsplanungstool

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022209653B3 (de)
WO (1) WO2024056634A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117288208B (zh) * 2023-11-27 2024-02-20 北京神导科技股份有限公司 一种机载卫星导航通讯系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050216181A1 (en) 2004-03-26 2005-09-29 Estkowski Regina I System and method for adaptive path planning
DE102004024972A1 (de) 2004-05-21 2005-12-15 Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh Verfahren zur Fahrtplanung eines Unterseebootes
DE102006035878A1 (de) 2006-08-01 2008-02-14 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Fahrwegs für ein Unterwasserfahrzeug
US7613553B1 (en) 2003-07-31 2009-11-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Unmanned vehicle control system
DE102009014978A1 (de) 2008-10-10 2010-04-29 Eads Deutschland Gmbh Rechenzeiteffiziente Routenbestimmung entlang mehrerer vorgegebener Wegpunkte mit dazwischenliegenden gegebenen Verbindungsstrecken
US20110297070A1 (en) * 2008-11-04 2011-12-08 Riggs Neil P Propulsion System for an Autonomous Underwater Vehicle
US20160018525A1 (en) 2014-07-16 2016-01-21 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Quantum Imaging for Underwater Arctic Navigation
DE102016202784A1 (de) 2016-02-23 2017-08-24 Thyssenkrupp Ag Routenoptimierung
DE102016202781A1 (de) 2016-02-23 2017-09-14 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung zur integrierten Darstellung von Informationen auf einem Wasserfahrzeug

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7613553B1 (en) 2003-07-31 2009-11-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Unmanned vehicle control system
US20050216181A1 (en) 2004-03-26 2005-09-29 Estkowski Regina I System and method for adaptive path planning
DE102004024972A1 (de) 2004-05-21 2005-12-15 Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh Verfahren zur Fahrtplanung eines Unterseebootes
DE102006035878A1 (de) 2006-08-01 2008-02-14 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Fahrwegs für ein Unterwasserfahrzeug
DE102009014978A1 (de) 2008-10-10 2010-04-29 Eads Deutschland Gmbh Rechenzeiteffiziente Routenbestimmung entlang mehrerer vorgegebener Wegpunkte mit dazwischenliegenden gegebenen Verbindungsstrecken
US20110297070A1 (en) * 2008-11-04 2011-12-08 Riggs Neil P Propulsion System for an Autonomous Underwater Vehicle
US20160018525A1 (en) 2014-07-16 2016-01-21 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Quantum Imaging for Underwater Arctic Navigation
DE102016202784A1 (de) 2016-02-23 2017-08-24 Thyssenkrupp Ag Routenoptimierung
DE102016202781A1 (de) 2016-02-23 2017-09-14 Thyssenkrupp Ag Vorrichtung zur integrierten Darstellung von Informationen auf einem Wasserfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022209653B3 (de) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Reddy et al. Zero-emission autonomous ferries for urban water transport: Cheaper, cleaner alternative to bridges and manned vessels
DE60133446T2 (de) Regelvorrichtung für elektrische Hybridfahrzeuge
DE102018116826A1 (de) Fahrzeug mit modellbasierter streckenenergievorhersage, -korrektur und -optimierung
DE102010018447B4 (de) Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstrangs und Fahrzeugsteuersystem
DE102019101182A1 (de) Intelligent ladende batteriesysteme und verfahren für elektrifizierte fahrzeuge
DE102011102831B4 (de) Verfahren und System zum Berechnen und Anzeigen von Fahrreichweiteninformationen
DE102009016869A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs
WO2024056634A1 (de) Integriertes missionsplanungstool
DE102008035460B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige eines Betriebsmittelvorrats und Betriebsmittelverbrauchs eines Fahrzeugs
DE19745849A1 (de) Einrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug
DE102012210883A1 (de) Nichtlinearer adaptiver Beobachtungsansatz zur Batterieladezustandsschätzung
EP3002148B1 (de) Betreiben einer antriebseinrichtung eines fahrzeugs unter verwendung einer steuerungseinrichtung
DE102016112707A1 (de) Personalisierte Reichweitenschutzstrategie für elektrifizierte Fahrzeuge
CN108688646A (zh) 混合动力车辆和控制混合动力车辆的充电模式的方法
DE102017223563B4 (de) Elektrisch angetriebenes fahrzeug und steuerungsverfahren für elektrisch angetriebenes fahrzeug
DE102011085454A1 (de) Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor und einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, Steuereinrichtung und Hybridantrieb
DE102014204223A1 (de) Benutzeroberflächensystem und -Verfahren
DE102013205004A1 (de) Flugschreiber, Flugzeug mit Flugschreiber und Verfahren zum Auslesen von Flugdaten aus einem Flugschreiber
DE102020215251A1 (de) Verfahren zur steuerung eines generators für ein fahrzeug
DE102020134011A1 (de) Brennstoffzellenfahrzeug und verfahren zu seiner steuerung
DE102017118833A1 (de) Automatische fahrmodusauswahl
DE102013002243A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reichweitenbestimmung für ein Fahrzeug
WO2017144494A1 (de) Routenoptimierung für ein fluidfahrzeug
CN117151437A (zh) 一种无人机任务中机场平台的分配系统及其分配方法
DE102014002998A1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Reichweite eines Kraftfahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23771813

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1