NO152856B - Vaapen for aa oedelegge undervannsmaal, saerlig ubaater - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt antiubåtvåpen

og er spesielt rettet mot våpen som kan dirigeres over vannet til et område hvor en ubåt eller et lignende mål befinner seg, og som etter å være kommet ned i vannet er selvdrivende og søker mot ubåten. Mer spesielt angår oppfinnelsen et antiubåtvåpen av den typen som omfatter en mantel,

et stridshode montert i mantelen nær forenden av denne,

et retningskontrollsystem for styring av våpenet under vannet i overensstemmelse med styrekontrollsignaler frembrakt av en målsøkerinnretning, samt en hydrodynamisk fremdriftsmekanisme for frembringelse av en serie påfølgende vannstøt eller vannpulser.

Problemer med å bekjempe ubåter har lenge vært en alvorlig bekymring for USA og mange andre nasjoner. Evnen til effektiv krigføring og forsvar mot angrep fra flere nasjoner avhenger til dels av beskyttelsen av handelsskip og marinefartøyer mot angrep fra fiendtlige ubåter. Midler for å oppdage fiendtlige ubåter er utviklet til et meget høyt nivå. Evnen til å bringe et stridshode til et sted der en ubåt med sikkerhet kan sprenges istykker, har imidlertid ikke holdt tritt med denne utvikling.

Siden den annen verdenskrig har det effektive område

for dypvannsbomber blitt utvidet til å omfatte rakettfrem-driftssystemer for å bringe ladninger lenger bort fra det utskytende skip. Selv om målområdet er blitt utvidet med derav følgende øket sikkerhet for det utskytende skip,

må disse ladninger fortsatt nesten falle direkte ned på

den fiendtlige ubåt for med sikkerhet å kunne ødelegge denne. Det er utviklet mer avanserte antiubåtvåpen i form av antiubåttorpedoer som har evnen til å oppdage og søke mot en ubåt etter at torpedoen er kommet ned i vannet. Antiubåtrakettsystemet (AURAK) er utviklet slik at en torpedo bringes luftveien og kommer ned i området ved en ubåt der torpedoen går i vannet og deretter oppdager og søker mot ubåten for å ødelegge denne.

Slike systemer er meget komplekse og kostbare, og

den nåværende pris for et enkelt av disse våpen er av størrel-sesordenen 2,5 til 4 mill. NOK. Dessuten er slike våpen sårbare for mottrekk fra ubåten og er ikke videre effektive på grunt vann (mindre enn 183 meter) eller mot ubåter på

overflaten. Dette betyr at fiendtlige ubåter kan operere temmelig ustraffet på overflaten eller innenfor meget store områder av kontinentalsokkelen, idet de kan true kystfart og interkontinental skipsfart i slike områder. Det er klart at det er meget viktig å kunne tilveiebringe et antiubåtvåpen soim er mer effektivt i bruk, spesielt mot ubåter på overflaten og i grunne kystfarvann, og som er kostnadsbe-sparende på den måte at det er enklere og ikke så kostbart ved fremstilling og under bruk.

Forskjellige forsøk med å utvikle våpen for bruk i antiubåtkrig er tidligere kjent. Et eksempel er det tidligere nevnte AURAK-våpen som består av en MK-46 torpedo eller dypvannsladning, en rakettmotor og en pakket fallskjerm.

Når torpedoen går ned i vannet skilles den fra de andre

deler og søker mot ubåten. Oppsøkingen av ubåter er imidlertid begrenset av et fremadvendende avsøkingssystem som ikke er i stand til å oppdage en ubåt som er vesentlig sideveis forskjøvet fra nedslagspunktet, med mindre torpedoen er innstilt på en sirkelinnstilling for avsøking av ubåten.

Et annet eksempel er et våpen som er utskutt som rakett

eller av en kanon og går ned i vannet der det synker for å avskjære ubåten. Dette våpen har ikke noe fremdriftssystem under vann, men det er tilveiebrakt en viss kontroll med synkeretningen, avhengig av en akustisk avsøking av støy fra ubåten.

Tidligere kjente systemer omfatter også forskjellige radiofrekvente avsøkings- og kontrollsystemer, og noen av disse omfatter stridshoder og kontrollmekanismer, innbefat-tet i selvsøkende torpedoer.

Det er tidligere likeledes kjent målsøkersystemer

som innbefatter et dobbelt sonarsystem, idet hvert system er anordnet for utsendelse av sonarsignaler og for frembringelse av styrekontrollsignalene. Til belysning av teknikkens stilling på området kan henvises til britisk patentskrift nr. 1 347 462.

Til tross for mange tidligere forsøk på å løse de problemer som antiubåtvåpenet medfører, spesielt når det gjelder avsøking og fremdrift under vann, er det tidligere ikke fremkommet noen løsning som er slik som den som tilveiebringes av foreliggende oppfinnelse.

Hovedformålet for oppfinnelsen er å tilveiebringe

en forbedret målsøkerinnretning av den art som innbefatter et dobbelt sonarsystem, idet foreliggende oppfinnelse karak-tereriseres ved at i det minste ett av systemene innbefatter en signalprosessor for å bevirke at utstrålingen av sonarpulser fra denne bare forekommer i tidsintervallene mellom påfølgende vannstøt når undervannshastigheten er under den hastighet hvor selvstøy blokkerer mottakelsen av akustiske signaler som angir målrefleksjoner.

Ved en foretrukken utførelsesform for våpenet ifølge oppfinnelsen omfatter det ene av de to sonarsystemene et avsøkingssystem med et antall på siden monterte transduktorer fordelt med innbyrdes avstand omkring sidene av våpenet for overføring og mottakelse av akustiske signaler innenfor et sideveis beliggende felt som omgir våpenet.

Utførelsene ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt utformet for bruk i forbindelse med eksisterende utskytingssystemer f.eks. slike som benyttes for utskyting av rakettdrevne dypvannsladninger. Eksempler på slike er Terne III skinneutskytningsinnretning, LIMBO MK 10 kanonsystem, Bofors 375 rakettutskytningssystem og Squidssystemet. Utførelsene ifølge foreliggende oppfinnelse er lett tilpass-bare for utskyting ved hjelp av det utskytingsutstyr som allerede er installert på de eksisterende antiubåtskip i NATO-land og land av Stillehavsallierte. Ved bruk av et av disse spesielle systemer som hovedsakelig avfyrer dybdeladninger uten fremdrift under vann, vil arrangementene ifølge foreliggende oppfinnelse utvide målområdet i overkant av 460 meter i forhold til et system uten fremdrift under vann. Det er imidlertid av meget større betydning at ved hjelp av foreliggende oppfinnelse kan en gående ubåt av-skjæres effektivt ved at det blir virkelig kontakt med ubåten, slik at stridshodet eksploderer direkte mot skroget, og derved kompenseres det for både dybdefeil og områdefeil ved utskyting av dypvannsladninger med de tidligere kjente systemer som ofte resulterer i liten eller ingen skade på ubåten på grunn av at feilavstanden er for stor. Det

oppnås derved en betydelig større ødeleggelsesprosent.

Den nye utførelse er avpasset for de eksisterende systemer som allerede er installert på skip. for utskyting av de tidligere kjente dypvannsladninger og lignende, slik som sonar, styrekontroll og utskytingssystemer på antiubåtskip og som tjener til å oppdage ubåten og styre utskytningen av våpenet. Når våpenet medbringes av antiubåthelikoptere og fly benyttes det også konvensjonelle avsøkingssystemer før våpenet slippes ut.

Et annet meget viktig bruksområde for våpenet ifølge oppfinnelsen kan være som forsvar mot en etterfølgende ubåt. En rekke slike våpen kan være anbrakt eller sluppet ut i bane for en etterfølgende ubåt fra et overflatefartøy eller en ubåtflåte. Ved hjelp av passende tidsstyrings eller avsøkingssystemer kan våpnene aktiveres etter at utskytingsfartøyet ikke lenger kan lokalisere eller avskjære den etterfølgende ubåt. Et spesielt nyttig trekk skriver seg fra konstruksjonen av det foreliggende våpen, fordi det ikke har den kombinasjon av hastighet og rekkevidde at det kan innhente et overflatefartøy eller en ubåt som holder moderat hastighet. Utskytingsfartøyet eller moder-fartøyet er således sikret mot å komme i kontakt med sitt eget våpen. (Det er kjent torpedoer som har endret kurs og oppsøkt og ødelagt den ubåt hvorfra de er blitt utskutt).

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i forbindelse med vedlagte tegninger som viser for det første en utførel-sesform for selve våpenet, et blokkdiagram som illustrerer funksjonsmåten, samt noen diagrammer som nærmere illustrerer oppfinnelsens virkemåte. På tegningene viser: Fig. 1 en skjematisk fremstilling av en operasjons-måte for systemer ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 en skjematisk fremstilling av oppdagelse av målet og styring av våpenet i samsvar med oppfinnelsen mot målet, straks etter at det er kommet ned i vannet. Fig. 3 en skjematisk skisse av et spesielt arrangement ifølge oppfinnelsen. Fig.4 er et enderiss av anordningen ifølge fig. 3. Fig. 5 er et snitt av en litt annen utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 er et diagram som viser virkemåten for oppfinnelsen.

Fig. 7 er et diagram som viser hastighetsprofilet

for anordningen ifølge oppfinnelsen under framdriften under vann.

Fig. 8 er et blokkskjema som viser avsøkings- og styre-systernet som benyttes i anordningen ifølge oppfinnelsen, og

fig. 9 er et blokkskjema av en spesiell del av krets-arrangementet ifølge fig. 8.

Fig. 1 viser skjematisk avleveringen av et undervannsvåpen 10 i samsvar med oppfinnelsen for at det skal ødelegge en ubåt 12. På fig. 1 er det vist utskyting fra et skip 14 eller avlevering fra et helikopter 16. Ved utskyting av våpnet 10 fra et skip 14 til området hvor ubåten befinner seg, bringes våpnet til å følge en ballistisk bane ved hjelp av et av de systemer som allerede er anført foran for utskyting av rakettdrevne dypvannsladninger. Skipet 14 avfyrer en slik rakett når det fra skipet 14 ved hjelp av sonar eller passiv akkustisk avsøkingsteknikk er oppdaget en ubåt 12 i nærheten av skipet 14. Når våpnet 10 kommer ned i vannet overtar avsøkings-, styrings- og fremdriftssystemet under vann, slik at våpnet dirigeres og drives mot kontakt med ubåten 12 for å ødelegge denne. Stridshode i våpnet 10 med omtrent 6 8 kg sprengstoff kan bryte opp skroget selv på en moderne dobbeltskrogs ubåt når det eksploderer i kontakt med denne.

Når våpnet slippes fra et luftfartøy, slik som helikoptret 16 eller et annet antiubåtluftfartøy, slippes våpnet nær ubåten, der det uavhengig av luftfartøyet vil av-søke ubåten 12 og søke mot denne, slik at stridshodet vil detonere ved kontakt. Antiubåtfartøyet eller helikoptret 16 som medbringer våpnet 10 kan ledes til området for ubåten 12 av et overflateskip, eller det kan lokalisere målet ved hjelp av lydbøyer, neddykket sonar eller magnetisk avviks-avsøkning. Hvis det ønskes kan en fallskjermpakke (ikke vist) som ligner den som er omhandlet i det foran nevnte patent tilBartling og medarbeidere (AURAK), benyttes til å senke fallhastigheten før nedslaget i vannet. Som angitt i dette patent vil fallskjermen bli frigjort før fullstendig neddykking. Ved luftnedslippingsmetoden kan våpnet 10 bli brakt med og sluppet ut fra ethvert antiubåtluftfartøy eller helikopter som er utstyrt for å kunne medbringe torpedoer. På grunn av våpnets størrelse og form kan det benyttes de samme torpedoopphengningsbånd, som er festet til de vanlige fester for luftfartøyer som medbringer torpedoer uten noen spesiell modifikasjon. Ved luftslipp kan våpnet 10 settes i drift ved å trekke i en tråd som tjener til å aktivere hovedbatteriet, slik at det elektroniske system aktiveres. En aktivering av stridshodet utelukkes av den sikkerhets- og alarm-mekanisme som er forbundet med deto-natoren 44 (fig. 3) inntil våpnet støter mot vannflaten. Med den nå kjente teknikk kan ubåter 12 lokaliseres og våpnet 10 slippes ned i vannet fra helikoptret 16 innenfor et område på omtrent 9 0 til 360 meter fra målet. Når våpnet alternativt utskytes fra et skip, kan våpnet også bringes ned i vannet innenfor et ekvivalent område. Dette ligger godt innenfor den rekkevidde som våpnet 10 kan oppdage og søke akustisk mot målet og som det hydrodynamiske fremd:rift-system kan benyttes for å avskjære ubåten.

Etter nedslaget i vannet (se fig. 2) vil våpnet 10 retardere hurtig til dets nominelle synkehastighet i en nærmest vertikal bane. Hydrobremser (som er vist på fig. 5) kan benyttes for å retardere våpnet for at det skal kunne operere på så grunne vanndybder som omtrent 30 meter. Våpnet 10 blir derpå styrt i retningen for målet ved påvirkning av dets styreflater avhengig av måleavsøkningen. Med en gang nedslagshullet i vannet er falt sammen, vil sidemonterte sonartransduktorer utsende og motta signaler for å innfange målet. De sidemonterte transduktorer sveiper over et vann-volum i en torus rundt våpnet 10 og strekker seg til rekke-viddegrensen for avsøkningssystemet. På grunn av at våpnet til å begynne med orienteres i en nærmest vertikal stilling vil det ha evne til å avsøke målet i alle retninger og vil ha en dopplerseleksjon på ned til 2,5 knops målhastighet,

i motsetning til avsøkningsevnen for en torpedo som må peke forover mot målet og som må drives frem under avsøkningen. Avsøkningsstrålemønsteret 18 for de sidemonterte transduktorer er vist på fig. 2 og det er også styrestrålemønsteret 20 som utsendes fra en separat nesemontert sonartransduktor som settes i drift for aktivt å bestemme styrekorreksjoner mot målet. Våpnet 10 oppnår en midlere undervannshastighet på 30 knop med en rekkevidde på omtrent 460 meter. Maksimal målhastighet antas å være av størrelsesordenen 5 til 7 knop på grunt vann på fra omtrent 30 til 60 meter. Hvis det skal angripes ubåter med større hastighet må våpnet 10 slippes slik at det fører mot målet.

Etter at våpnet 10 har slått ned i vannet blir dets motorkammer fyllt med sjøvann. En varmgassgenerator blir deretter satt i gang for å sprøyte sjøvannet gjennom en dyse og tilveiebringe skyvekraft. Ved avvekslende å fylle og sprøyte ut sjøvann drives våpnet 10 gjennom vannet.

Fig. 3 og 4 viser snitt resp. enderiss av et skjematisk og spesielt arrangement ifølge oppfinnelsen. Som spesielt vist på fig. 3 er våpnet 10 generelt inndelt i fire hoved-seksjoner, en fremre transduktorseksjon og kombinert sender og mottaker 30, et stridshode 32, et fremdriftssystem 34 og et retningskontrollsystem 36.

Den fremre seksjon 30 omfatter en sammensatt rekke akkustiske transduktorer 40 som er montert i nesedelen samt en tilhørende sender og mottaker som utgjøres av et høyeff-ekts, enkeltpuls følgersystem. Senderen, mottakeren og en kontaktsikring for stridshodet er montert i blokken 42 bak transduktorene.

Stridshodet 32 inneholder fortrinnsvis omtrent 68 kg sprengstoff som i det vesentlige fyller stridshodekammeret sammen med en sikker og godt beskyttet detonator 44, som er vist ved akterenden av stridshodet. Et rør (ikke vist)

er anordnet for å føre kabler fra prosessoren 82 til nesedelen, der de kobles til senderen og mottakeren.

Fremdriftssysternet 34 har to oppgaver. Dettes hoved-komponent er kammeret 46 som omgis av en mantel 48. Ved rakettfremdrift inneholdet kammer 46 en eller flere opp-delte kriittforbrenningsenheter 50 og en rekke gassutløp-sdyser 52. Rakettfremdriftssystemet tjener til å drive våpnet 10 fra utskytingen fra skipet til det slår ned i vannet i nærheten av målet, slik som vist på fig. 1. Forbrennings-enhetene 50 vil være fullstendig utbrent på den tid våpnet slår ned i vannet. På dette tidspunkt er gassutløpsdysene 52 lukket ved hjelp av en dreibar plate 54 med en rekke hull som passer sammen med åpningene i gassutløpsdysene 52. Platen 54 dreies inntil hyllene i denne ikke lenger faller sammen med gassutløpsåpningene ved hjelp av et tannhjuls-arrangement 56 og en elektrisk motor 58. Gassutløpsdysene 52 blir lukket på denne måte, og det blir igjen bare en åp-ning akterover fra kammeret 46, som er en vannutløpsdyse 60.

Ved fremdrift under vann fylles først kammeret med

vann og deretter settes en gassgeneretor i drift for å drive vannet ut gjennom dysen 60, og derved fås det en hydrodynamisk skyvekraft. Sjøvannet kommer inn i kammeret 46 gjennom innløpsporter 62 og ventiler 64. Ventilene styres av sol-enoider 66 og tilhørende leddmekanisme 68. En rekke gassgene-ratorer 70 som står i forbindelse med kammeret 46 via rør 72, er anordnet i en ring rundt lengdeaksen for våpnet 10

og startes etter tur for å frembringe en rekke hydrodynamiske pulser som driver våpnet 10 gjennom vannet.

I området mellom kammeret 46 og stridshodet 10 er det også anordnet en rekke sidemonterte akkustiske transduktorer 80, som benyttes ved en begynnende lokalisering av undervannsmålet, og en primær batteri- og signal-prosessor 81 er montert i sentralblokken 82.

Akterseksjonen 36 inneholder styresystemet for våpnet, omfattende styrefinner 90, aktuatorer 92, og styreelektronikk

og tilhørende systemer er montert inne i blokkene 94.

En alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse

er skissert på fig. 5. Våpnet 10A ifølge fig. 5 er spesielt utformet for å kunne slippes fra luften fra et helikopter eller et annet antiubåtluftfartøy, og derfor er rekettfrem-driftsmotoren ifølge fig. 3 utelatt. Dette våpen 10A er i hovedsaken lik våpnet på fig. 3 og 4, idet hovedfor-

skjellen ligger i at rakettfremdriftssystemet i kammeret 46A er utelatt. Dette kammer er utformet med en enkelt utløpsdyse 60A for å sprøyte ut sjøvannsstrålen som drives ut av kammeret 46A ved hjelp av gassgeneratorene 70 på samme måte som for den hydrodynamiske del i fremdriftssystemet 34 i våpnet 10

på fig. 3. Som antydet foran avfyres gassgeneratorene 70 i rekkefølge med intervaller som kontrolleres eller styres av mikroprosessoren 81 i sentralblokken 82 hver gang våpenhastigheten faller under en forutbestemt hastighet, slik som avfølt av hastighetsavfølere 83 og flottører 84, idet kammeret 46A da er fylt, med vann.

En annen forskjell fra våpnet 10 ifølge fig. 3 er at våpnet 10A er utstyrt med hydrobremser 96. Disse kan være anordnet på eller inne i rom 98 og kan skyves ut for å

senke hastigheten for våpnet 10A, slik at det kan operere på grunnere vann. Med en gang nedslagshastigheten er av-bremset, kan hydrobrensene 96 trekkes tilbake inn i lagerrom-mene 98. Bremsene 96 kan alternativt skyves ut ved løsgjøring av våpnet 10A fra det avleverende luftfartøy, og i dette tilfelle tjener de både som aero- og hydro-bremser. Hvis det ønskes kan bremsene bli støtt ut fra våpnet 10A så snart som de har senket våpenhastigheten etter nedslaget i vannet, slik at de senere ikke danner noen hindring for fremdriften av våpnet mot målet.

Fig. 6 er en skjematisk skisse som viser den begynnende drift av det hydrodynamiske fremdriftssystem for våpnet etter at det har slått ned i vannet. Fig...6 "viser våpnets kurs og begynner ved nedslaget i vannet med en nedslagsvinkel som vanligvis ligger på 5 3 grader og en -hastighet på 180 meter pr. sek (mps). Etter et halvt sekund etter, nedslaget i vannet er hastigheten falt til omtrent 23- mps., og ett sekund etter nedslaget er hastigheten falt til omtrent 12 mps., og ved dette tidspunkt faller vannet sammen over våpnet, slik at vannkontakten er opprettet til de akkustiske transduktorer. Under de neste to sekunder avsøkes retningen for undervannsmålet ved hjelp av de sidemonterte transduktorer 80, og det hydrodynamiske kammer er fylt med vann. Deretter avfyres den første gassgenerator 70 for å frembringe en første hydrodynamisk impuls. Denne impuls vil akselere våpnet, slik at det kan dreie i målretningen. Hvis det ønskes kan våpnet dreies i målretningen før den første hydrodynamiske impuls. Etter den første hydrodynamiske impuls drives våpnet frem og mottar styreinformasjon samtidig som kammeret på nytt fylles med vann. Deretter avfyres en annen gassgenerator som igjen akselererer våpnet og driver det mot undervannsmålet. Denne sekvens gjentas inntil ubåten er ødelagt eller gassgeneratorene er uttømt, mens våpnet avvekslende glir frem samtidig som det mottar styreinformaspn og drives aktivt frem mot målet.

Fig. 7 er en skjematisk skisse av hastighetsprofilet for våpnet. Fra denne skisse er det lett å se at hastigheten varierer omtrent mellom 10,7 og 21,4 mps. etter de etter hverandre følgende hydrodynamiske impulser, med en middel-hastighet på omtrent 15,2 mps. eller 30 knop. Dette er nok for å kunne jakte på de fleste undervannsmål, spesielt i de grunne farvann som våpnet er utformet for. Når ubåten er i fart kan avleveringssystemet slippe våpnet ned i vannet foran ubåten, slik at det får den nødvendige tid til å avskjære og ødelegge denne.

På grunn av operasjonsmåten for våpensystemet ifølge foreliggende oppfinnelse er det meget effektivt til å ta seg av de problemer som oppstår ved avsøking av undervannsmål under fremdriften mot målet. Funksjonen for styresystemet er å lokalisere målet og frembringe styrekommandosignaler. Styresystemet overvinner problemer med selvstøy, gjenklang fra overflate og bunn og innretting mot målet. Undervannsvåpen, slik som akkustisk søkende torpedoer som benytter akkustisk styring, blir vanligvis begrenset i sin ytelse på grunn av selvstøy. -Hvis de beveger seg sakte kan den akkustiske sonar måle frem til målstedet, måle hastighet og andre nødvendige parametre med et høyt signal-til-støy-forhold, og således med god nøyaktighet. Et mål som opprett-holder en høyere hastighet vil imidlertid ha større sjanse til å unnslippe. Med høyere våpenhastighet på omtrent 35 knop blir det høyere selvstøy og da blir styringen støybegrenset og systemets ytelse blir dårligere. Denne begrensende støy skyldes fremdriften av våpnet og strømningsstøy.

Våpnet ifølge foreliggende oppfinnelse utgjør imidlertid en enestående løsning på dette problem. Den hydrodynamiske pulsmotor tilveiebringer et varierende hastighetsprofil for våpnet med en hastighet under 35 knop for en vesentlig del av tiden. Under denne periode aktiveres det akkustiske system og det virker i et miljø fritt for selvstøy og ut-fører de nødvendige feilmålinger. Denne teknikk med at målet bare observeres når selvstøyen er lav løser selvstøy-problemet.

For å få stor nok fyllingstid og passende kammertrykk er motorens tidssyklus i hovedutformningen av størrelses-ordenen 3,5 sekunder pr. puls. Ved å benytte den "rolige tid" med lav hastighet til foreta akkustiske målinger mot målet, vil avsøkingstiden bli begrenset for hver motorpuls til omtrent 0,3 til 1 "kikk" pr. sekund. Selv om denne relativt lave datamengde for styringssystemet kan skape en viss forsinkelse i målavsøkingen, spesielt når målet nærmer seg fra siden, vil denne forsinkelse øke sannsynligheten for ødleggelse ved at våpnet tvinges til kontakt med det mest sårbare område aktenfor midten av ubåten. En annen faktor som følger med den varierende våpenhastighet er det ikke lineære forhold mellom styrekreftene og vinkeldreiningen. Denne dynamiske variable bearbeides av en mikroprosessor

som inngår i styresystemet under vann.

Oppsøking og oppsporing av en ubåt i grunne farvann krever en så god kvalitet på et signal-til-gjenklangnivå

at kravene til avsøkning, falsk alarm og styringsnøyaktighet blir tilfredsstilt. Hovedfaktorer som innvirker på gjenklang-nivåene er: transduktorstrålemønsteret, forholdene på sjøoverflaten, sveipingsvinkelen mot overflaten, overflateforhold-

på bunnen, sveipingsvinkelen mot bunnen og operasjons-frekvensen.

En akkustisk energiimpuls sendes ut i vannmassen og mot grenseflatene. Etterhvert som en bølge skrider frem bevirkes refleksjoner fra avgrensningen mot målet. Sveipe-vinkler overflatevinkler og avstanden til lydpåvirkede områder endrer seg som en funksjon av tiden. Store stråle-buntmønstere bevirker at større områder blir lydpåvirket og skaper større gjenklang. Avstandseffekten kan eventuelt være fremherskende, slik at gjenklangen opphører. Gjenklangen ved ethvert tidspunkt bestemmes ved integrering av overflatearealet. Utviklingen av dette integral for typiske geometrier viser at tilbakespredende gjenklangkoeffisienter ligger i området fra -15 til -10dB ved 100 kHz for en strålebuntbredde på 40 grader. Ved mål over -5dB fås det et mål-til-gjenklang-forhold med god nok kvalitet for avsøking og oppsporing på en enkeltpulsbasis. Våpen ifølge foreliggende oppfinnelse vil vanligvis ha en målavsøkingslengde på omtrent 46 0 meter.

Fig. 8 og 9 viser i blokkskjematisk form styresystemet under vann i våpnet ifølge foreliggende oppfinnelse. Som vist spesielt på fig. 8 benyttes det to sonarsysterner, et for målavsøking og et for oppsporing. Disse respektive systemer har signalprosessorer som er skreddersydd for den spesielle anvendelse.

Avsøkingssystemet omfatter åtte sidemonterte transduktorer 80 som er koblet til en transduktorvelger 102. Den i mosaikk anordnede rekke 40 i oppsporingssystemet er koblet til avsøkings/oppsporings-velgeren 104 som velger mellom avsøkings- og oppsporings-systemene ved hjelp av en tilleggs-forbindelse til en sender/mottaker-velger 106 som er koblet til transduktorvelgeren 102 i avsøkingssystemet. Velgerne 102, 104 og 106 er koblet slik at de mottar styresignaler fra en styrende og tidsinnstillende mikroprosessor 108,

som også frembringer et pulssignal for å påvirke en sender 110 som er koblet for å avgi en utgangspuls til velgeren 104. Signalene fra velgeren 106 føres til en avsøkningsmot-taker 112 og dermed til en avsøkingsprosessor 114 som er

koblet til mikroprosessoren 108.

Mottakeren for oppsporings- sonarsystemet omfatter fire hydrofoner 120 som er montert innenfor den i mosaikk anordnede rekke 40. Hydrofonene 120 er koblet til en aritme-tisk enhet 122 som tilveiebringer et summeringssignal pluss et differentialt asimutsignal og høydeinnstillingssignal til en monopulsmottaker 124. Denne mottaker leverer ut-gangssignaler til summerings- og differanse-prosessorene 126 og 128 som igjen leverer signaler tLl en feilprosessor 130, som frembringer styresignaler til kontrollelementer 92 (se fig. 3). Mikroprosessoren 108 er også koblet til prosessorene 126, 128 og 130 og utgjør en kontroll av hele styresystemet.

Fig. 9 viser spesielle kretser for avsøkingsmottakeren 112. I kretsen på fig. 9 er et par forsinkelsesforsterkere 150 koblet i serie med adskilte summeringstrinn 152.

Et ytterligere inngangssignal fra hver av forsterkerne 150 leveres til det etterfølgende summeringstrinn 152 for å utviske gjenklangrefleksjoner. Hvert trinn i kretsen på

fig. 9 bevirker en forsinkelse av den mottatte pulsposisjon som er omvendt proporsjonel med pulsgjentagelsesfrekvensen i trinnet 150, og subtraherer derpå den neste gjentagende puls i summeringstrinnet 152. Dette gjentas derpå for den tredje puls i det andre trinn. Hvis amplityden og fasen for returpulsen ikke endres vesentlig i de tre pulser, hvilket er tilfelle for gjenklangsrefleksjoner, vil de bli meget små etter subtraksjonene.

Under avsøkingsperioden som begynner etter vannkontakten (så snart som nedslagshullet faller sammen og vannet kommer 1 kontakt med transduktorene) settes avsøkingen igang med

50 watts akkustisk energi som blir sendt ut fra hver av de åtte sidemonterte transduktorer. Denne utsendte puls til-føres gjennom velgerne 104, 106 og 102 i rekkefølge for samtidig påvirkning av alle åtte transduktorer 80 for å få samme fordeling for alle asimutvinkler. Derved utvikler avsøkingens strålebuntmønster 18 seg slik som vist på fig. 2 for våpnet, umiddelbart etter at det har slått ned i vannet. Etter pulsutsendelsen søker de åtte transduktorer 80 i rekkefølge etter retursignaler. Denne avsøkingssekvens er tilstrekkelig til at hver av de åtte avfølere kan avlytte en gang for hver "oppløsningscelle" eller tidsgap. Ved å benytte en 60 millisekunds (ms) med en pulsgjentakelsesfrek-vens på 1,5 pulser sekund, vil den resulterende bølgeform holde seg uforandret i en avstand på omtrent 510 meter. Asimutavsøkingsfrekvensen bryter 60 millisekundpulsen i

åtte segmenter eller deler, slik at det fås en mottaker-behandlende båndbredde på 200 Hz pr. kanal. Det behøves derfor bare seks dopplerkanaler for å oppfange målhastigheter på opp til omtrent 18 knop.

Under avsøkingsprosessen utsendes det i det minste tre pulser. Gjenklangsrefleksjoner blir delvis utvisket (redusert med 35 dB) ved hjelp av trepulsutviskeren (se fig. 9 og beskrivelsen foran) i avsøkingsmottakeren (som blir optimalt innstilt for å filtrere for tre pulser i Gauss-fordelt gjenklang) .

Avsøkingssignalene ut fra mottakeren blir bearbeidet

i prosessoren 114 for å bestemme målets beliggenhet. De åtte retninger blir tidssammenstilt av transduktorvelgeren 102

via den enkle mottaker 112 og prosessoren 114, idet 60 ms.-pulsen blir oppdelt i åtte 7,5 ms. tidsperioder. Det benyttes ikke noen integrasjon. Terskelavsøking av målet i en spesielt oppdelt periode medfører både avstands- og vinkelinfor-masjon, dvs. som mottar målsignaler fra åtte transduktorer, til mikroprosessoren 108. Avstandsdata undersøkes og bekreftes som et opprinnelig styresignal, og derpå følger en overgang til oppsporingsdrift. Avsøkingssystemet er utformet for å sikre avsøking med avstands- og vinkel-informasjon, med en mållydstyrke på -5 dB i avstand på 460 meter på 2,75 sekunder (når støygrensen er mindre enn 5 3 dB).

Selv om våpnet er dreiet over mot målet slik det er bestemt av avsøkingssystemdelen på skjemaet ifølge fig. 8, blir likevel undervannsstyringssystemet slått over på oppsporingsdrift. Før dreiningen er fullført starter oppsporingssystemet (også en del av fig. 8) med å sende pulser som medfører en søking i høyderetningen med en tilbakestråle på ±22,5 grader. Dette er et aktivt føringsstrålemønster 20

som er vist ved midten på fig. 2 for våpnet 10, som er vist

i en stilling rettet mot ubåten 12. Ved igangsetting av oppsporingen omtrent halvveis gjennom dreiningen fås det en -6 0 til +30 graders avsøking. Med en gang oppsporingssystemet finner målet avsluttes dreiningen og fremdrifts-motoren settes igang.

Oppsporingssonaren benytter hele 500 watts toppenergi

i senderen 110 for å få en forbedret styringsnøyaktighet. Denne mates via velgeren 104 til den mosaikkformede rekke

av transduktorer 40. Transduktorene 40 er i stand til å drives ved 500 watt til 100 kHz med 45 graders strålebuntbredde uten utgroping. Rekken benytter en omvendt faset rekke med et stort overflateareale for å få en stor strålebuntbredde. Fasingen av de enkelte transduktorer 40 i rekken bestemmes helt ut fra den fysiske stilling, og rekken har derfor en passende båndbredde og er billig å fremstille.

Mottakeren for oppsporingspulsene omfatter fire hydrofoner 120 ifølge fig. 8. Utgangssignalene fra disse hydrofoner kombineres med den aritmetiske enhet 122 for å frembringe to vinkelfeilsignaler (asimut og høyde) og et summeringssignal. Disse tilveiebringes ved å subtrahere ven-stre hydrofonsignal fra høyre hydrofonsignal for å bestemme asimutfeilsignalet, ved å subtrahere det nedre hydrofonsignal fra det øvre hydrofonsignal for å bestemme høyde-feilen. Summeringssignalet er lik summen av alle fire hydrofonsignalene.

Den utsendte pulsbredde er 10 ms. Oppsporingsprosessoren som omfatter monopulsmotakeren 124 og prosessorene 20, 26, 128 og 130 bruker 130 Hz båndbredde for å oppta dopplerin-formasjon ved å bestemme både overflate/bunn-gjenklang og måhastigheter til innenfor omtrent 1 meter pr. sek. Dopplerprosessoren inngår i utstyret i summeringskanalen 126. Etter avsøkingen bevirker mikroprosessoren 108 at feilprosessoren 130 utfører en deling av differansekanalene på summeringskanalen, og de resulterende normaliserte vinkelfeilsignaler benyttes som styresignaler.

De hovedmuligheter som foreligger med fremdriftssystemet med en hydrodynamisk pulsmotor for våpnet ifølge oppfinnelsen er blitt demonstrert ved utprøving av en mini-modell og ved datamaskinsimulering. Et prøvemodellkammer med en diameter på omtrent 7,6 2 cm og en dysediameter på 3,175 mm, utvikler en skyvekraft på omtrent 3,9 kg med et indre trykk på omtrent 25,8 kg/cm 2.

På grunn av den konstruktive og praktiske enkelhet for det enkelte undervannssystem for våpenet og innpasningen i enkelhetlig enhet, fås det et meget pålitelig våpen til meget lave omkostninger. Det behøves ikke å teste enhetene i felten,hvilket kunne være en årsak til krigsutbrudd eller skader. Det fås et stort fremskritt for brukeren, fordi om-kostningene med våpenet er så små at det kan tillates brukt som et treningsprosjektil. Et stridshode med 68 kg eksplosiv er tilstrekkelig til å lage et hull i en ubåt, når det detonerer ved kontakt. Totalvekten for våpenet kan derved min-skes, og kapasiteten for helikoptere eller andre antiubåt-luftfartøyer kan økes med hensyn til antall av disse våpen som kan medbringes.

Claims (11)

1. våpen for å ødelegge undervannsmål, omfattende en mantel, et krigshode (32) montert i mantelen nær forenden av denne, et retningskontrollsystem (36) for styring av våpenet under vannet i overensstemmelse med styrekontrollsignaler frembrakt av en målsøkeinnretning, samt en hydrodynamisk fremdriftsmekanisme (34) for frembringelse av en serie på-følgende vannstøt eller vannpulser, innbefattende et kammer (46) i mantelen nær akterenden av denne, en vannstråledyse (60) rettet akterover fra kammeret, organer (62,64) for peri-odisk inntak av sjøvann inn i kammeret, samt organer (70) for utstøting av sjøvann fra kammeret gjennom dysen (60) med betydelig kraft for utvikling av støtkraft for fremdrift av våpenet, idet målsøkeinnretningen innbefatter et dobbelt sonarsystem hvor hvert system er anordnet for utsendelse av sonarsignaler og for frembringelse av styrekontrollsignalene for styring og kontroll av en styreanordning for dirigering av våpenet mot målet i avhengighet av akkustiske signaler som reflekteres fra målet, karakterisert ved at i det minste ett av systemene innbefatter en signal-prosessor (108) for å bevirke at utstrålingen av sonarpulser fra denne bare forekommer i tidsintervallene mellom påfølgende vannstøt når undervannshastigheten er under den hastighet hvor selvstøy blokkerer mottakelsen av akkustiske signaler som angir målrefleksjoner.

2. Våpen som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ene av de to sonarsystemene omfatter et avsøk-ningssystem med et antall på siden monterte transduktorer (80) fordelt med innbyrdes avstand omkring sidene av våpenet for overføring og mottakelse av akkustiske signaler innenfor et sideveis beliggende felt som omgir våpenet.

3. Våpen som angitt i krav 2, karakterisert ved at avsøkingssystemet innbefatter en transduktorutvelger (102) som styres av signalprosessoren (108) for å påføre en overføringspuls til transduktorene (80) i en påfølgende rekke slik at de utstråler sonarpulser.

4. Våpen som angitt i krav 3, karakterisert ved at avsøkingssystemet innbefatter organer som svarer på signaler mottatt fra en bestemt transduktor (80) og tilveiebringer et styresignal til kontrollstyreorganet for dirigering av våpenet i retning mot et oppsporet mål.

5. Våpen som angitt i hvilket som helst av kravene 2-4, karakterisert ved at det andre av sonarsystemene omfatter et oppsporingssystem med en sender (40) og en mottaker (120) for sonarpulser montert i tilstøtning med våpenets nese.

6. Våpen som angitt i krav 5, karakterisert ved at avsøkingssystemet innbefatter organer for overføring av styringen av våpenet fra avsøkingssystemet til oppsporings-systernet.

7. Våpen som angitt i kravene 5 eller 6, karakterisert ved at oppsporingssystemet omfatter en pulsgene-rator (110), hvis tilkopling til transduktorene i avsøkings-systemet og til overføringsorganene i oppsporingssystemet blir styrt og tidsinnstilles av signalprosessoren (108), og som videre innbefatter signalutsendelses- og mottagningsorganer som henholdsvis omfatter en akkustisk signalgenerator (4 0) og mottager (120) montert i våpnets nese for utsendelse av sonarpulser under vann samt for mottagelse av reflekterte ekko.

8. Våpen som angitt i krav 7, karakterisert ved at den akkustiske signalgeneratoren omfatter en mosaikkformet rekke av transduktorer (40) orientert for frembringelse av et i hovedsaken konisk formet strålemønster rettet fremover fra våpenets nese.

9. Våpen som angitt i kravene 7 eller 8, karakterisert ved at mottageren omfatter et antall hydrofoner (12 0) orientert for å motta nevnte reflekterte signaler samt for frembringelse av elektriske signaler som angir retningen mot målet.

10. Våpen som angitt i krav 4, karakterisert ved at organene som svarer på mottatte signaler omfatter kretsinnretninger (150, 152) som skiller mellom mål- og gjen-klangsignaler ved utstrykning av uønskede reflekterte gjen-klangs signa ler .

11. Våpen som angitt i krav 10, karakterisert ved at kretsinnretningen omfatter et par forsinkelses-stasjoner (150) forbundet etter hverandre, idet hver for-sinkelsesstasjon har organer (152) for å forbinde et signal mottatt av stasjonen med en avgitt effekt fra stasjonen i motstående polaritetsposisjon.