EP1827967B1

EP1827967B1 - Unbemanntes unterwasserfahrzeug

Info

Publication number: EP1827967B1
Application number: EP05816237A
Authority: EP
Inventors: Christian Blohm; Detlef Lambertus; Oliver Jung; Ralf Richter
Original assignee: Atlas Elektronik GmbH
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: DE102004062126B4; WO2006072301A1; PT1827967E; ES2348959T3; DE102004062126A1; PL1827967T3; DE502005010055D1; EP1827967A1; ATE476355T1; DK1827967T3

Description

Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Eigenangetriebene, unbemannte Unterwasserfahrzeuge werden als autonom arbeitende oder ferngesteuerte Fahrzeuge zur Durchführung diverser Aufgaben unter Wasser, sog. Missionen, eingesetzt, so z.B. zur Erkundung der Meeresboden-Topographie, zur Minenaufklärung und Minenvernichtung. Dabei werden gleichartig aufgebaute Fahrzeuge je nach Anforderungsprofil mit unterschiedlichen Geräten und Komponenten ausgestattet, die aufgrund ihrer Funktion zwingend in bestimmten Bereichen am Druckkörper angebracht werden müssen. Die Anordnung und das Gewicht der Geräte und Komponenten beeinflussen die Trimmlage des Unterwasserfahrzeugs erheblich, so dass unterschiedlich ausgerüstete Fahrzeuge jeweils gesondert getrimmt werden müssen, damit das Fahrzeug im Wasser eine quasi horizontale Ausrichtung einnimmt und damit weitgehend horizontal- und rollstabilisiert ist.
Ein bekanntes Unterwasserfahrzeug für einen oder mehrere Taucher ( DE 37 39 887 A1 ) weist eine strömungsgünstig geformte Hülle auf, deren gesamter Innenraum, einschließlich des den oder die Taucher aufnehmenden Teils, geflutet ist. Zum Trimmen des Unterwasserfahrzeugs sind neben einem in Längsrichtung des Unterwasserfahrzeugs verschiebbaren Ballastgewicht Auftriebskörper vorgesehen, die in ihrer Lage innerhalb des Unterwasserfahrzeugs veränderbar sind. Durch das Trimmen erfolgt auch eine Anpassung an die Schwerpunktslage des oder der Taucher.
Ein bekanntes Tauchboot zur Lastenbeförderung, das im Schleppzug bewegbar ist ( DE 1 920 653 U1 ), hat einen vorderen und einen hinteren Ballasttank, die beim Schleppen geflutet sind. Zum Bremsen des geschleppten Tauchboots wird über ein im vorderen Ballasttank angeordnetes Ausblasventil das im vorderen Ballasttank befindliche Wasser verdrängt, so dass durch Vergrößerung des Auftriebs im Bugbereich der Bug sich hebt und das Tauchboot sich im Wasser schräg stellt. Durch den durch diese Schräglage vergrößerten Wasserwiderstand des Tauchboots wird letzteres gebremst.
Bei einem bekannten, selbstgetriebenen Unterseeboot für Unterseeforschung, ( DE 1 165 439 ) wird zum Neigen und zum Wideraufrichten des U-Boots ein Quecksilbervolumen von einem Quecksilberbehälter in einen anderen Quecksilberbehälter verlagert und wieder zurückgepumpt.
Bei einem bekannten Unterwasserfahrzeug ( DE 44 088 ) sind zum Halten des Unterwasserfahrzeugs in waagrechter Lage zwei an den Enden des Fahrzeugs angebrachte, nach innen und außen offene Zylinder mit darin beweglichen Kolben vorgesehen. Die Kolben sind so miteinander verbunden, dass die Einwärtsbewegung des einen Kolbens eine Auswärtsbewegung des anderen Kolbens zur Folge hat. Die Kolben sind über Leitungen, in denen Ventile und Hähne angeordnet sind, an ein Fluidum angeschlossen. Durch entsprechende Ansteuerung der Hähne und Ventile werden die Kolben mittels des Fluidums so bewegt, dass die Kolben an dem vorderen oder hinteren Ende des Fahrzeugs Wasser aus dem Zylinder verdrängen bzw. Wasser in den Zylinder einsaugen.
Ein bekanntes U-Boot ( US 3 343 511 ) besitzt ein Hydrauliksystem zum Transport von flüssigem Quecksilber aus einer vorderen Zone in eine hintere Zone und umgekehrt, um das U-Boot auszubalancieren oder zu stabilisieren oder im Notfall durch Ausstoßen des Quecksilbers schnell auftauchen zu lassen.
Ein bekanntes tauchfähiges Schiff (PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 009, Nr. 326 (M-441), 21. Dezember 1985 (1985-12-21) & JP 60 157989 A (MITSUBISHI JUKOGYO KK), 19. August 1985 (1985-08-19 )) weist einen Hüllkörper auf, in dem eine Druckkapsel, ein Hilfstank, ein Ballasttank, ein Trimmtank und dgl. installiert sind, wobei der Raum zwischen diesen Tanks und dem Hüllkörper mit einem Auftriebsmaterial ausgefüllt ist. Ein Tauchkörper ist über eine Metallstange mit dem Hüllkörper demontierbar verbunden. In dem Tauchkörper ist eine Batterie für die Stromversorgung des tauchfähigen Schiffes installiert und der Raum zwischen Batterie und der Hülle des Tauchkörpers mit Auftriebsmaterial gefüllt.
Ein bekanntes unbemanntes Unterwasserfahrzeug, ein sog. ROV ( US 4947782 ), weist einen Druckkörper und ein aus vier getrennten Propellerantrieben bestehendes Antriebsaggregat auf. Die vier Propellerantriebe sind außen am Druckkörper befestigt, wobei zwei Propellerantriebe auf der Steuerbordseite und zwei Propellerantriebe auf der Backbordseite jeweils vertikal übereinander angeordnet sind.
Das gattungsbildende Unterseeboot (E. EUGENE ALLMENDIGER: "Submersible Vehicle Systems Design" 1990, THE SOCIETY OF NAVAL ARCHITECTS AND MARINE ENGINEERS, JERSEY CITY, NJ, XP002369081, Seite 183, Fig. 75) weist eine Bootshülle auf, in den ein Druckkörper, ein Ballasttank, ein Trimmtank, Batterien, ein Antriebsmotor und dgl. installiert sind. Außen am Heck der Bootshülle ist ein vom Antriebsmotor angetriebener Propeller sowie Steuerflossen angeordnet. Im Heckinneren sind Auftriebstanks angeordnet und der restliche Heckraum mit Auftriebsmaterial z.B. syntaktischen Schaum gefüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem unbemannten Unterwasserfahrzeug eine Möglichkeit zu schaffen, in einfacher konstruktiver Weise die Trimmlage des Unterwasserfahrzeugs nach Ein-, Aus-, An- oder Umbau von für eine vorgegebene Mission erforderlichen Ausrüstgeräten im quasi endmontierten Zustand noch korrigieren zu können.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß.durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Unterwasserfahrzeug hat den Vorteil, dass mit Hilfe der Auftriebsmittel einerseits ein von den Ausrüstgeräten erzeugter Abtrieb am Unterwasserfahrzeug, der zu einer wesentlichen Verschlechterung der Trimmlage des Unterwasserfahrzeugs führen würde, kompensiert werden kann und andererseits eine unerwartet schlechte Trimmlage des Unterwasserfahrzeugs bei Wechsel oder Umbau der Ausrüstgeräte wieder ausgeglichen werden kann. Die Unterbringung der Auftriebsmittel in der gefluteten Heckkammer ist dabei weitgehend unabhängig von der speziellen Lage des oder der Ausrüstgeräte im oder am Druckkörper. Damit eröffnet sich auch die Möglichkeit das Unterwasserfahrzeug mit vom Gewicht und vom Volumen her extrem unterschiedlichen Ausrüstgeräten zu bestücken, ohne den Druckkörper selbst ändern, d.h. sein Volumen an das Gewicht der Ausrüstgeräte anpassen zu müssen. Die Unterbringung der Auftriebsmittel in der Heckkammer hat zudem den Vorteil, dass die Auftriebsmittel die Leistung des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugstandzeit, nicht negativ beeinflussen. Der Strömungswiderstand des Fahrzeugs, dessen Strömungsverhalten und die Strömung am Druckkörper werden nicht verändert. Dabei können die in der Heckkammer angeordneten Auftriebsmittel als Auftriebskörper in Anpassung an die Form des vom Kabelwickel freigegebenen Leerraums unterschiedlich gestaltet sein.
Ist der Kabelwickel als Spule ausgeführt, bei der das Kabel auf einem hohlzylindrischen Spulenträger aufgewickelt ist, ist vorteilhaft der mindestens eine Auftriebskörper hohlzylindrisch ausgebildet und in den Innenraum des Spulenkörpers oder in einem zwischen Kabelwickel und Innenwand der Heckkammer vorhandenen Freiraum eingeschoben. Ist der Kabelwickel jedoch spulenträgerlos, wobei das Kabel auf der Innenseite des Kabelwickels abgezogen wird, so ist der mindestens eine Auftriebskörper hohlzylindrisch ausgebildet und nimmt in seinem Innern den Kabelwickel auf. Bei Unterwasserfahrzeugen, in denen lediglich das Ende des Datenübertragungskabels festgelegt ist und der abspulbare Kabelwickel auf der die Steuerung des Unterwasserfahrzeugs vornehmenden Plattform angeordnet ist, ist der mindestens eine Auftriebskörper zylindrisch so ausgebildet, dass sein Zylindermantel an der Innenwand der Hohlkammer anliegt und sich zumindest über einen Teil der axialen Länge der Hohlkammer erstreckt. Der Auftriebskörper weist eine Durchgangsöffnung zum Durchführen des Datenübertragungskabels sowie eine Ausnehmung zur Aufnahme einer an dem Datenübertragungskabel angreifenden Zugentlastung auf.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine stark schematisierte Seitenansicht eines eigenangetriebenen, unbemannten Unterwasserfahrzeugs,
Fig. 2: einen Längsschnitt einer Heckkammer des Fahrzeugs in Fig. 1,
Fig. 3 und 4: eine Stirn- und eine Seitenansicht eines Auftriebskörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zum Einsetzen in die Heckkammer in Fig. 2,
Fig. 5: eine perspektivische Darstellung des Auftriebskörpers gemäß Fig. 3 und 4,
Fig. 6: eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 der Heckkammer mit modifiziertem Heckkammerverschluss.

Das in Fig. 1 in Seitenansicht schematisiert dargestellte Unterwasserfahrzeug hat einen Druckkörper 11, ein Antriebsaggregat mit am Druckkörper 11 angeflanschten, elektrischen Propellerantrieben 12, von denen jeweils zwei übereinander auf der Backbord- und Steuerbordseite des Druckkörpers 11 angeordnet sind, sowie je zwei vertikal und zwei horizontal ausgerichtete Stabilisierungsflossen 13. An der Rückseite des Druckkörpers 11 ist eine geflutete Heckkammer 14 vorhanden. Das in Fig. 1 skizzierte Unterwasserfahrzeug wird von einer hier nicht dargestellten Plattform aus ferngesteuert, wozu das Unterwasserfahrzeug über ein Datenübertragungskabel 15, z.B. ein Glasfaserkabel oder einen Kupferdraht, mit der Plattform fest verbunden ist. Wie in der Schnittdarstellung in Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Datenübertragungskabel 15 als Kabelwickel 16 in der gefluteten Heckkammer 14 aufgenommen, wobei der Kabelwickel 16 als Spule ausgeführt ist, das Kabel 15 also auf einen hohlzylindrischen Spulenträger 17 aufgewickelt ist, der auf seiner einen Stirnseite einen Radialflansch 18 vorzugsweise einstückig trägt. Das eine Ende des Kabelwickels 16 ist durch eine Dichtung 19 hindurch in das Innere des Druckkörpers 11 geführt, während das andere Ende des Kabels 15 vom Kabelwickel 16 durch einen die Heckkammer 14 stirnseitig verschließenden Auslauftrichter 20 hindurch abgezogen wird.
Das Abziehen des Kabels 15 von dem Kabelwickel 16 erfolgt umlaufend über den Radialflansch 18, der hierzu entsprechend gerundet ist. Zur Befestigung des Spulenträgers 17 in der Heckkammer 14 ist in die zum Auslauftrichter 20 weisende Stirnseite des Radialflansches 18 eine Ausnehmung 21 eingearbeitet, in die eine Scheibe 22 mit einer zentralen Bohrung 23 eingelegt ist. Mittels eines durch die zentrale Bohrung 23 in der Scheibe 22 hindurchgeführten Schraubbolzens 24, der in einer die Heckkammer 14 druckkörperseitig begrenzenden Bodenplatte 25 eingeschraubt ist, ist der Spulenträger 17 axial auf der Bodenplatte 25 festgespannt.
Um dem vom Kabelwickel 16 mit Spulenträger 17 erzeugten Abtrieb im Heckbereich entgegenzuwirken und eine gute Trimmlage des Unterwasserfahrzeugs mit quasi horizontaler Ausrichtung des Druckkörpers 11 im Wasser zu erreichen, enthält die Heckkammer 14 Auftriebsmittel in Form eines Auftriebskörpers 26 (Fig. 2). Der Auftriebskörper 26 besteht aus einem Material, dessen Dichte kleiner ist als die des Wassers und ist an den in der Heckkammer 14 vorhandenen Leerraum angepasst. Durch Wahl der Materialdichte und den Abmessungen des Auftriebskörpers 26 kann am Heck ein solcher Auftrieb erzeugt werden, dass das Unterwasserfahrzeug eine exakte Trimmlage einnimmt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Auftriebskörper 26 hohlzylindrisch ausgeführt und in den Innenraum des hohlzylindrischen Spulenträgers 17 eingesetzt. Im Beispiel der Fig. 2 füllt der Auftriebskörper 26 den gesamten, zwischen dem Schraubbolzen 24 und der Innenwand des Spulenträgers 17 vorhandenen Ringraum aus. Ist weniger Auftrieb erforderlich, so kann entweder die axiale Länge des Auftriebskörpers 26 reduziert werden oder für den Auftriebskörper 26 ein Material gewählt werden, das eine größere Dichte aufweist. Wird ein größerer Auftrieb gefordert, so kann die Dichte des Materials des Auftriebskörpers 26 verkleinert werden und/oder - wie dies in Fig. 1 nicht dargestellt ist - ein weiterer Auftriebskörper 26 in der Heckkammer 14 untergebracht werden. Ein solcher zusätzlicher Auftriebskörper 26 kann beispielsweise in die Ausnehmung 21 eingesetzt werden und den von der Scheibe 22 und dem Kopf des Schraubbolzens 24 nicht ausgefüllten Bereich der Ausnehmung 21 belegen.
Wie in Fig. 2 ebenfalls nicht dargestellt ist, kann ein Auftriebskörper zusätzlich oder anstelle des in Fig. 2 dargestellten Auftriebskörpers 26 eingesetzt und in dem Freiraum angeordnet werden, der ggf. zwischen dem Außenumfang des Kabelwickels 16 und der Innenwand der Heckkammer 14 vorhanden ist. Eine solche Anordnung eines Auftriebskörpers anstelle des Auftriebskörpers 26 ist auch dann erforderlich, wenn der Kabelwickel 16 spulenträgerlos ist und das Kabel auf der Innenseite des Kabels abgezogen wird.
In Fig. 3 bis 5 ist ein Auftriebskörper 26' dargestellt, der zur Integration in der Heckkammer 14 bei solchen Unterwasserfahrzeugen vorgesehen ist, die keinen Kabelwickel 16 mit sich führen, gleichwohl über das Datenübertragungskabel 15 von einer Plattform ferngesteuert sind. In diesem Fall ist der Kabelwickel auf der Plattform angeordnet und das vom Kabelwickel ablaufende Kabelende durch die Heckkammer 14 lediglich hindurchgeführt und in der Heckkammer 14 mittels einer Zugentlastung festgelegt. Die Heckkammer 14 ist nach wie vor durch den Auslauftrichter 20 verschlossen.
Wie in Fig. 3 bis 5 zu sehen ist, ist der Auftriebskörper 26' zylindrisch ausgebildet, und zwar so, dass er mit seinem Zylindermantel sich an die zylindrische Innenwand der Heckkammer 14 anzulegen vermag. Der Auftriebskörper 26' erstreckt sich je nach erforderlichem Auftrieb mehr oder weniger über die gesamte axiale Länge der Heckkammer 14. Im Auftriebskörper 26' sind eine Durchgangsöffnung 27 und eine Aussparung 28 vorhanden. Die Durchgangsöffnung 27 dient zur Durchführung des Datenübertragungskabels 15 vom Auslauftrichter 20 bis zur Bodenplatte 25 und die Aussparung 28 zur Aufnahme einer hier nicht gezeigten Zugentlastung, die an dem durch die Durchgangsöffnung 27 hindurchgeführten Abschnitt des Datenübertragungskabels 15 angreift und das Datenübertragungskabel 15 in der Heckkammer 14 zugfest festlegt.
Das beschriebene Unterwasserfahrzeug mit Druckkörper 11 und Heckkammer 14 wird in unveränderter Bauform auch als autonom arbeitendes, eigenangetriebenes, unbemanntes Unterwasserfahrzeug eingesetzt. Damit entfällt eine Fernsteuerung des Unterwasserfahrzeugs durch die Plattform, so dass das Datenübertragungskabel 15 nicht mehr vorhanden ist. Auch bei einem solchen Unterwasserfahrzeug wird die Heckkammer 14 zur Kompensation einer Hecklastigkeit des Unterwasserfahrzeugs herangezogen und mit Auftriebsmitteln zur Herstellung der gewünschte Trimmlage des Unterwasserfahrzeugs versehen.
Wie in der Schnittdarstellung in Fig. 6 gezeigt ist, ist die vom Druckkörper 11 abgekehrte Stirnseite der Heckkammer 14 jetzt nicht mehr mit einem Auslauftrichter abgeschlossen, sondern mit einer dichtend eingesetzten Abdeckplatte 29 verschlossen, so dass die Heckkammer 14 einen luftgefüllten Hohlraum 30 bildet, als Auftriebsmittel also Luft verwendet wird. Die Abdeckplatte 29 ist im Durchmesser gestuft ausgeführt und weist einen durchmesserkleineren Plattenabschnitt 291 und einen durchmessergrößeren Plattenabschnitt 292 auf. Der durchmesserkleinere Plattenabschnitt 291 ist in die Heckkammer 14 soweit eingeschoben, bis der durchmessergrößere Plattenabschnitt 292 auf der Stirnseite der Heckkammer 14 aufliegt. Die Befestigung der Abdeckplatte 29 erfolgt durch Schrauben 31, die in Fig. 6 nur symbolisch angedeutet sind und radial durch die Heckkammerwand hindurch in den durchmesserkleineren Plattenabschnitt 291 eingeschraubt werden. Die Abdeckplatte 29 ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt. Der gewünschte Auftrieb im Heckbereich ist durch Änderungen des Gewichts der Abdeckplatte 29 einstellbar, wobei vorzugsweise die axiale Dicke der Abdeckplatte 29 geändert wird. Wird die Abdeckplatte 29 auf der Außenseite des durchmessergrößeren Plattenabschnitts 292 abgetragen, so reduziert sich lediglich das Gewicht der Abdeckplatte 29. Wird die Abdeckplatte 29 auf der innenliegenden Stirnseite des durchmesserkleineren Plattenabschnitts 291 abgetragen, so verändert sich neben dem Gewicht der Abdeckplatte 29 auch das Volumen des in der Heckkammer 14 vorhandenen Hohlraums 30, so dass es zu einer deutlicheren Steigerung des Auftriebs kommt. Selbstverständlich kann auch hier das Gewicht der Abdeckplatte 29 durch Auswahl der Dichte des Plattenmaterials variiert werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die in Fig. 6 leere Heckkammer 14 mit einem Material vollständig oder teilweise auszufüllen, dessen Dichte und Volumen entsprechend dem geforderten Auftrieb gewählt ist. Das Material kann auch in Form eines oder mehrerer einzelner Auftriebskörper eingesetzt werden. Die Heckkammer 14 ist dann nicht wasserdicht verschlossen, sondern geflutet.

Claims

Unbemanntes Unterwasserfahrzeug mit einem außen vom Wasser umströmten Druckkörper (11), mit einer am Druckkörper (11) angeordneten Heckkammer (14), in der Auftriebsmittel, die mindestens einen Auftriebskörper (26) aufweisen, dessen Material eine Dichte besitzt, die kleiner als die des Wassers ist, so angeordnet und dimensioniert sind, dass eine auf die Auftriebsmittel wirkende Auftriebskraft zu einer quasi horizontalen Ausrichtung des Druckkörpers (11) im Wasser führt, mit einem Antriebsaggregat und mit mindestens einem als Ein- oder Anbaugerät ausgebildeten Ausrüstgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Heckkammer (14) geflutet und mindestens ein Ausrüstgerät ein in die geflutete Heckkammer (14) eingesetzter Kabelwickel (16) eines Datenübertragungskabels (15) ist und dass der mindestens eine Auftriebskörper (26) der Form eines vom Kabelwickel (16) in der Heckkammer (14) freigegebenen Leerraums angepasst ist.
Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelwickel (16) auf einem hohlzylindrischen Spulenträger (17) aufgenommen ist und dass der Auftriebskörper (26) hohlzylindrisch ausgebildet und in den vom Spulenträger (17) eingeschlossenen Innenraum oder in einem zwischen Kabelwickel (16) und Innenwand der Heckkammer (14) vorhandenen Freiraum eingesetzt ist.
Unbemanntes Unterwasserfahrzeug mit einem außen vom Wasser umströmten Druckkörper (11), mit einer am Druckkörper (11) angeordneten Heckkammer (14), in der Auftriebsmittel, die mindestens einen Auftriebskörper (26) aufweisen, dessen Material eine Dichte besitzt, die kleiner als die des Wassers ist, so angeordnet und dimensioniert sind, dass eine auf die Auftriebsmittel wirkende Auftriebskraft zu einer quasi horizontalen Ausrichtung des Druckkörpers (11) im Wasser führt, mit einem Antriebsaggregat und mit mindestens einem als Ein- oder Anbaugerät ausgebildeten Ausrüstgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Heckkammer (14) geflutet ist und der zylindrisch ausgebildete Auftriebskörper (26') mit seinem Zylindermantel an der Innenwand der Heckkammer (14) anliegt und sich zumindest über eine Teil der axialen Länge der Heckkammer (14) erstreckt und dass der Auftriebskörper (26') eine Durchgangsöffnung (27) zum Hindurchführen eines Datenübertragungskabels (15) und eine Aussparung (28) zur Aufnahme einer an dem Datenübertragungskabel (15) angreifenden Zugentlastung aufweist.